מקורות של אותות חשמליים

הפרש הפוטנציאלים בין שתי נקודות שונות נקרא מתח חשמלי, שלמען הקיצור נקרא בפשטות "מתח", שכן תורת המעגלים החשמליים עוסקת בעיקר בתופעות או תהליכים חשמליים. לכן, אם נוצרים איכשהו שני אזורים שהפוטנציאלים שלהם שונים זה מזה, אז יופיע ביניהם מתח U = φ1 — φ2, כאשר φ1 ו-φ2 הם הפוטנציאלים של אזורי המכשיר שבהם, עקב צריכה של מעט נוצרים פוטנציאלים חשמליים עם ערכים לא שווים...

לדוגמה, תא יבש מכיל כימיקלים שונים - פחם, אבץ, אגלומרט ואחרים. כתוצאה מתגובות כימיות, אנרגיה (במקרה זה כימית) מתבזבזת, אך במקום זאת מופיעים ביסוד אזורים עם מספר שונה של אלקטרונים, מה שגורם לפוטנציאלים לא שווים באותם חלקים של היסוד שבהם נמצאים מוט הפחמן וגביע האבץ. .

לכן קיים מתח בין החוטים ממוט הפחמן לכוס האבץ. מתח זה על פני המסופים הפתוחים של המקור נקרא כוח אלקטרו-מוטורי (בקיצור EMF).

לפיכך, EMF הוא גם מתח, אבל בתנאים מסוימים למדי. כוח אלקטרומוטיבי נמדד באותן יחידות כמו מתח, כלומר וולט (V) או יחידות חלקיות - מילי-וולט (mV), מיקרו-וולט (μV), עם 1 mV = 10-3 V ו-1 μV = 10-6 V.

המונח «EMF», שהתפתח מבחינה היסטורית, הוא בהחלט לא מדויק, שכן ל-EMF יש מימד של מתח, ולא כוח בכלל, וזו הסיבה שהוא נזנח לאחרונה, והחליף את המונחים «מתח פנימי» (כלומר, מתח, מתרגש בתוך המקור) או "מתח התייחסות". מכיוון שהמונח «EMF» משמש בספרים רבים ו-GOST לא בוטל, נשתמש בו במאמר זה.

לכן, הכוח האלקטרו-מוטיבי (EMF) הוא הפרש הפוטנציאל הנוצר בתוך המקור כתוצאה מצריכת אנרגיה מסוג כלשהו.

לפעמים אומרים שה-EMF במקור נוצר על ידי כוחות חיצוניים, המובנים כהשפעות בעלות אופי לא חשמלי. אז, בגנרטורים המותקנים בתחנות כוח תעשייתיות, EMF נוצר עקב צריכת אנרגיה מכנית, למשל, האנרגיה של מים נופלים, שריפת דלק וכו '. נכון לעכשיו, סוללות סולאריות הופכות נפוצות יותר, בהן אנרגיית האור מומרת לאנרגיה חשמלית וכו'.

בטכנולוגיית תקשורת, רדיו אלקטרוניקה וענפי טכנולוגיה נוספים, מתחים חשמליים מתקבלים ממכשירים אלקטרוניים מיוחדים הנקראים מחוללי אותות, שבו האנרגיה של רשת החשמל התעשייתית מומרת למתחים שונים הנלקחים ממסופי המוצא.באופן זה, מחוללי אותות צורכים אנרגיה חשמלית מהרשת התעשייתית ומפיקים גם מתחים מסוג חשמלי, אך עם פרמטרים שונים לחלוטין, שלא ניתן לקבל ישירות מהרשת.

המאפיין החשוב ביותר של כל מתח הוא התלות שלו בזמן. באופן כללי, גנרטורים מייצרים מתחים שהערכים שלהם משתנים עם הזמן. המשמעות היא שבכל רגע המתח במסופי המוצא של הגנרטור שונה. מתחים כאלה נקראים משתנים, בניגוד לקבועים, שערכיהם נשארים ללא שינוי עם הזמן.

יש לזכור שבבסיסו אי אפשר להעביר מידע כלשהו (דיבור, מוזיקה, תמונות טלוויזיה, נתונים דיגיטליים וכו') במתחים קבועים, ומכיוון שטכניקת התקשורת מיועדת במיוחד להעברת מידע, עיקר תשומת הלב תהיה פנה להתחשב באותות משתנים בזמן.

מתחים בכל רגע של זמן נקראים מיידי... ערכי מתח מיידי הם בדרך כלל משתנים תלויי זמן ומסומנים באותיות קטנות (אותיות קטנות) ו-(t) או בקיצור - ו. סיכום הערכים המיידיים ​יוצר צורת גל. לדוגמה, אם במרווח מ-t = 0 ל-t = t1 המתחים גדלים ביחס לזמן, ובמרווח מ-t = t1 ל-t = t2 הם יורדים לפי אותו חוק, אז לאותות כאלה יש צורה משולשת .

הם חשובים מאוד בטכנולוגיות תקשורת אותות גל ריבועי... עבור אותות כאלה, המתח במרווח מ-t0 עד t1 שווה לאפס, ברגע t1 עולה בחדות לערך המקסימלי, במרווח מ-t1 עד t2 הוא נשאר ללא שינוי, ברגע t2 יורד בחדות לאפס, וכו '

אותות חשמליים מחולקים למחזוריים ולא תקופתיים. אותות מחזוריים נקראים אותות שהערכים המיידיים שלהם חוזרים לאחר אותו הזמן, הנקראים תקופה T. אותות לא מחזוריים מופיעים פעם אחת בלבד ואינם חוזרים שוב. החוקים המסדירים אותות מחזוריים ולא מחזוריים שונים מאוד.

אורז. 1

אורז. 2

אורז. 3

רבים מהם, בהיותם נכונים לחלוטין לאותות מחזוריים, מתגלים כשגויים לחלוטין לאותות לא מחזוריים ולהיפך. חקר האותות הלא מחזוריים דורש מנגנון מתמטי מורכב הרבה יותר מאשר מחקר מחזורי.

יש חשיבות רבה לאותות מלבניים עם הפסקות בין פולסים או כפי שהם נקראים "פרצים" (מהמושג "שליחת אותות"). אותות כאלה מאופיינים במחזור עבודה, כלומר. היחס בין זמן התקופה T לזמן השליחה ti:

לדוגמה, אם זמן ההפסקה שווה לזמן הדופק, כלומר, השליחה מתרחשת בתוך מחצית התקופה, אז מחזור העבודה

ואם זמן השליחה הוא עשירית מהתקופה, אז

כדי לראות חזותית את צורת הגל של המתח, מכשירי מדידה נקראים אוסצילוסקופים... במסך האוסילוסקופ, קרן האלקטרונים עוקבת אחר עקומה של המתח המופעל על מסופי הכניסה של האוסילוסקופ.

כאשר האוסילוסקופ מופעל בדרך כלל, העקומות על המסך שלו מתקבלות כפונקציה של זמן, כלומר, תמונות מעקב אחרי אלומה דומות לאלו המוצגות באיור. 1, א - 2, ב.אם בצינור קרן אלקטרונים אחד יש מכשירים היוצרים שתי אלומות ובכך מאפשרים צפייה בשתי תמונות בבת אחת, אזי אוסילוסקופים כאלה נקראים אוסילוסקופים כפולים.

לאוסילוסקופים עם אלומה כפולה שני זוגות של מסופי כניסה, הנקראים כניסות ערוץ 1 וערוץ 2. אוסילוסקופים עם אלומה כפולה מתקדמים הרבה יותר מאוסילוסקופים עם אלומה אחת: ניתן להשתמש בהם כדי להשוות חזותית את התהליכים בשני מכשירים שונים, בכניסה ומסופי פלט של מכשיר אחד, כמו גם לבצע מספר ניסויים מעניינים מאוד.

אורז. 4

האוסילוסקופ הוא מכשיר המדידה המודרני ביותר המשמש בהנדסה אלקטרונית, בעזרתו ניתן לקבוע את צורת האותות, למדוד מתחים, תדרים, הזזות פאזה, לצפות בספקטרים, להשוות תהליכים במעגלים שונים, וכן לבצע מספר מדידות ומחקרים , אשר יידונו בסעיפים הבאים.

ההבדל בין הערך המיידי הגדול והקטן ביותר נקרא מתח התנופה למעלה (אות גדולה מציינת שמתואר קבוע בערך הזמן, והכתובת "p" מייצגת את המילה "טווח". הסימון Ue יכול לשמש גם). לכן, על מסך האוסילוסקופ, הצופה רואה את צורת המתח שנחקר ואת הטווח שלו.

לדוגמה, באיור. 4a מציגה עקומת מתח סינוסואידית, באיור. 4, ב - חצי גל, באיור. 4, ג - גל מלא, באיור. 4, ד - צורה מורכבת.

אם העקומה סימטרית על הציר האופקי, כמו באיור. 3, a, אז מחצית מהטווח נקרא הערך המקסימלי ומסומן ב-Um.אם העקומה היא חד-צדדית, כלומר, לכל הערכים המיידיים יש אותו סימן, למשל, חיובי, אז התנופה שווה לערך המקסימלי, במקרה זה Um = למעלה (ראה איור 3, א, 3, ב, 4. ב, 4, ג). לפיכך, בהנדסת תקשורת, המאפיינים העיקריים של מתחים הם: תקופה, צורה, טווח; בכל ניסוי, חישוב, מחקר, קודם כל צריך להיות מושג לגבי הערכים האלה.