Πηγές ηλεκτρικών σημάτων

Η διαφορά δυναμικού μεταξύ δύο διαφορετικών σημείων ονομάζεται ηλεκτρική τάση, η οποία για συντομία ονομάζεται απλώς «τάση», αφού η θεωρία των ηλεκτρικών κυκλωμάτων ασχολείται κυρίως με ηλεκτρικά φαινόμενα ή διεργασίες. Επομένως, εάν δημιουργηθούν με κάποιο τρόπο δύο περιοχές των οποίων τα δυναμικά διαφέρουν μεταξύ τους, τότε θα εμφανιστεί μια τάση U = φ1 — φ2 μεταξύ τους, όπου φ1 και φ2 είναι τα δυναμικά των περιοχών της συσκευής στις οποίες, λόγω της κατανάλωσης λίγης Σχηματίζονται ενεργειακά ηλεκτρικά δυναμικά με άνισες τιμές...

Για παράδειγμα, ένα ξηρό στοιχείο περιέχει διάφορες χημικές ουσίες - άνθρακα, ψευδάργυρο, συσσωματώματα και άλλα. Ως αποτέλεσμα χημικών αντιδράσεων, δαπανάται ενέργεια (σε αυτήν την περίπτωση χημική), αλλά αντίθετα εμφανίζονται στο στοιχείο περιοχές με διαφορετικό αριθμό ηλεκτρονίων, γεγονός που προκαλεί άνισα δυναμικά σε εκείνα τα μέρη του στοιχείου όπου βρίσκονται η ράβδος άνθρακα και το κύπελλο ψευδαργύρου .

Επομένως, υπάρχει μια τάση μεταξύ των καλωδίων από τη ράβδο άνθρακα και το κύπελλο ψευδαργύρου. Αυτή η τάση στους ανοικτούς ακροδέκτες της πηγής ονομάζεται ηλεκτροκινητική δύναμη (συντομογραφία EMF).

Έτσι, το EMF είναι επίσης τάση, αλλά υπό αρκετά συγκεκριμένες συνθήκες. Η ηλεκτροκινητική δύναμη μετράται στις ίδιες μονάδες με την τάση, δηλαδή βολτ (V) ή κλασματικές μονάδες - millivolt (mV), μικροβολτ (μV), με 1 mV = 10-3 V και 1 μV = 10-6 V.

Ο όρος «EMF», που αναπτύχθηκε ιστορικά, είναι αυστηρά ανακριβής, καθώς το EMF έχει τη διάσταση της τάσης και όχι της δύναμης, γι' αυτό και πρόσφατα εγκαταλείφθηκε, αντικαθιστώντας τους όρους «εσωτερική τάση» (δηλ. τάση, διεγερμένη μέσα στην πηγή) ή «τάση αναφοράς». Δεδομένου ότι ο όρος «EMF» χρησιμοποιείται σε πολλά βιβλία και το GOST δεν έχει ακυρωθεί, θα τον χρησιμοποιήσουμε σε αυτό το άρθρο.

Επομένως, η ηλεκτροκινητική δύναμη της πηγής (EMF) είναι η διαφορά δυναμικού που παράγεται στο εσωτερικό της πηγής ως αποτέλεσμα της κατανάλωσης κάποιου τύπου ενέργειας.

Μερικές φορές λέγεται ότι το EMF στην πηγή σχηματίζεται από εξωτερικές δυνάμεις, οι οποίες νοούνται ως επιρροές μη ηλεκτρικής φύσης. Έτσι, στις γεννήτριες που είναι εγκατεστημένες σε βιομηχανικούς σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής, το EMF σχηματίζεται λόγω της κατανάλωσης μηχανικής ενέργειας, για παράδειγμα, η ενέργεια της πτώσης του νερού, της καύσης καυσίμου κ.λπ. Επί του παρόντος, οι ηλιακές μπαταρίες γίνονται πιο συνηθισμένες, στις οποίες μετατρέπεται η φωτεινή ενέργεια στην ηλεκτρική ενέργεια κ.λπ.

Στην τεχνολογία επικοινωνιών, την ραδιοηλεκτρονική και άλλους κλάδους της τεχνολογίας, οι ηλεκτρικές τάσεις λαμβάνονται από ειδικές ηλεκτρονικές συσκευές που ονομάζονται γεννήτριες σήματος, στο οποίο η ενέργεια του βιομηχανικού ηλεκτρικού δικτύου μετατρέπεται σε διαφορετικές τάσεις που λαμβάνονται από τους ακροδέκτες εξόδου.Με αυτόν τον τρόπο, οι γεννήτριες σημάτων καταναλώνουν ηλεκτρική ενέργεια από το βιομηχανικό δίκτυο και παράγουν επίσης τάσεις ηλεκτρικού τύπου, αλλά με εντελώς διαφορετικές παραμέτρους, οι οποίες δεν μπορούν να ληφθούν απευθείας από το δίκτυο.

Το πιο σημαντικό χαρακτηριστικό οποιασδήποτε τάσης είναι η εξάρτησή της από το χρόνο. Γενικά, οι γεννήτριες παράγουν τάσεις των οποίων οι τιμές αλλάζουν με το χρόνο. Αυτό σημαίνει ότι ανά πάσα στιγμή η τάση στους ακροδέκτες εξόδου της γεννήτριας είναι διαφορετική. Τέτοιες τάσεις ονομάζονται μεταβλητές, σε αντίθεση με τις σταθερές, των οποίων οι τιμές παραμένουν αμετάβλητες με το χρόνο.

Πρέπει να θυμόμαστε ότι είναι θεμελιωδώς αδύνατη η μετάδοση οποιασδήποτε πληροφορίας (ομιλία, μουσική, τηλεοπτικές εικόνες, ψηφιακά δεδομένα κ.λπ.) με σταθερές τάσεις, και δεδομένου ότι η τεχνική επικοινωνίας έχει σχεδιαστεί ειδικά για τη μετάδοση πληροφοριών, η κύρια προσοχή θα είναι στάθηκε υπόψη για τα χρονικά μεταβαλλόμενα σήματα.

Οι τάσεις σε οποιαδήποτε χρονική στιγμή ονομάζονται στιγμιαίες... Οι στιγμιαίες τιμές τάσης είναι συνήθως μεταβλητές που εξαρτώνται από το χρόνο και συμβολίζονται με πεζά (πεζά) και (t) ή, εν συντομία, — και. Το άθροισμα των στιγμιαίων τιμών ​σχηματίζει κυματομορφή. Για παράδειγμα, εάν στο διάστημα από t = 0 έως t = t1 οι τάσεις αυξάνονται αναλογικά με το χρόνο και στο διάστημα από t = t1 έως t = t2 μειώνονται σύμφωνα με τον ίδιο νόμο, τότε τέτοια σήματα έχουν τριγωνικό σχήμα .

Είναι πολύ σημαντικά στις τεχνολογίες επικοινωνίας τετραγωνικά σήματα κυμάτων… Για τέτοια σήματα, η τάση στο διάστημα από t0 έως t1 είναι ίση με μηδέν, τη στιγμή που το t1 αυξάνεται απότομα στη μέγιστη τιμή, στο διάστημα από t1 έως t2 παραμένει αμετάβλητο, τη στιγμή που το t2 μειώνεται απότομα στο μηδέν, και τα λοιπά.

Τα ηλεκτρικά σήματα χωρίζονται σε περιοδικά και μη. Τα περιοδικά σήματα ονομάζονται σήματα των οποίων οι στιγμιαίες τιμές επαναλαμβάνονται μετά την ίδια ώρα, που ονομάζεται περίοδος T. Τα μη περιοδικά σήματα εμφανίζονται μόνο μία φορά και δεν επαναλαμβάνονται ξανά. Οι νόμοι που διέπουν τα περιοδικά και τα μη περιοδικά σήματα είναι πολύ διαφορετικοί.

Ρύζι. 1

Ρύζι. 2

Ρύζι. 3

Πολλά από αυτά, όντας απολύτως σωστά για περιοδικά σήματα, αποδεικνύονται εντελώς λανθασμένα για μη περιοδικά και αντίστροφα. Η μελέτη των μη περιοδικών σημάτων απαιτεί μια πολύ πιο σύνθετη μαθηματική συσκευή από ό,τι για τη μελέτη περιοδικών.

Τα ορθογώνια σήματα με παύσεις μεταξύ παλμών ή, όπως λέγονται, «εκρήξεις» (από την έννοια της «αποστολής σημάτων») είναι πολύ σημαντικά. Τέτοια σήματα χαρακτηρίζονται από έναν κύκλο λειτουργίας, δηλ. ο λόγος του χρόνου περιόδου T προς το χρόνο αποστολής ti:

Για παράδειγμα, εάν ο χρόνος παύσης είναι ίσος με τον χρόνο παλμού, δηλαδή η αποστολή πραγματοποιείται εντός του μισού της περιόδου, τότε ο κύκλος λειτουργίας

και αν ο χρόνος αποστολής είναι το ένα δέκατο της περιόδου, τότε

Για να παρατηρήσετε οπτικά την κυματομορφή της τάσης, τα όργανα μέτρησης ονομάζονται παλμογράφοι... Στην οθόνη του παλμογράφου, η δέσμη ηλεκτρονίων διαγράφει μια καμπύλη της τάσης που εφαρμόζεται στους ακροδέκτες εισόδου του παλμογράφου.

Όταν ο παλμογράφος είναι κανονικά ενεργοποιημένος, οι καμπύλες στην οθόνη του λαμβάνονται σε συνάρτηση με το χρόνο, δηλαδή εικόνες ανίχνευσης δέσμης παρόμοιες με αυτές που φαίνονται στο σχ. 1, α — 2, β.Εάν σε έναν σωλήνα δέσμης ηλεκτρονίων υπάρχουν συσκευές που δημιουργούν δύο δέσμες και έτσι επιτρέπουν την παρατήρηση δύο εικόνων ταυτόχρονα, τότε τέτοιοι παλμογράφοι ονομάζονται παλμογράφοι διπλής δέσμης.

Οι παλμογράφοι διπλής δέσμης έχουν δύο ζεύγη ακροδεκτών εισόδου, που ονομάζονται είσοδοι καναλιού 1 και καναλιού 2. Οι παλμογράφοι διπλής δέσμης είναι πολύ πιο προηγμένοι από τους παλμογράφους μονής δέσμης: μπορούν να χρησιμοποιηθούν για οπτική σύγκριση των διεργασιών σε δύο διαφορετικές συσκευές, στην είσοδο και ακροδέκτες εξόδου μιας συσκευής, καθώς και να εκτελέσει μια σειρά από πολύ ενδιαφέροντα πειράματα.

Ρύζι. 4

Ο παλμογράφος είναι η πιο σύγχρονη συσκευή μέτρησης που χρησιμοποιείται στην ηλεκτρονική μηχανική, με τη βοήθειά του μπορείτε να προσδιορίσετε το σχήμα των σημάτων, να μετρήσετε τάσεις, συχνότητες, μετατοπίσεις φάσης, να παρατηρήσετε φάσματα, να συγκρίνετε διαδικασίες σε διαφορετικά κυκλώματα και επίσης να εκτελέσετε μια σειρά από μετρήσεις και έρευνες , το οποίο θα συζητηθεί στις επόμενες ενότητες.

Η διαφορά μεταξύ της μεγαλύτερης και της μικρότερης στιγμιαίας τιμής ονομάζεται τάση αιώρησης προς τα επάνω (ένα κεφαλαίο γράμμα δείχνει ότι περιγράφεται μια σταθερά στην τιμή του χρόνου και ο δείκτης «p» σημαίνει τη λέξη «εύρος». Ο συμβολισμός Ue μπορεί έτσι, στην οθόνη του παλμογράφου, ο παρατηρητής βλέπει το σχήμα της εξεταζόμενης τάσης και το εύρος της.

Για παράδειγμα, στο ΣΧ. Το Σχήμα 4α δείχνει μια ημιτονοειδή καμπύλη τάσης, στο ΣΧ. 4, β — μισό κύμα, στο σχ. 4, γ — πλήρες κύμα, στην εικ. 4, δ — σύνθετη μορφή.

Εάν η καμπύλη είναι συμμετρική ως προς τον οριζόντιο άξονα, όπως στο σχ. 3, a, τότε το ήμισυ του εύρους ονομάζεται μέγιστη τιμή και συμβολίζεται με Um.Εάν η καμπύλη είναι μονόπλευρη, δηλαδή όλες οι στιγμιαίες τιμές έχουν το ίδιο πρόσημο, για παράδειγμα, θετικό, τότε η ταλάντευση είναι ίση με τη μέγιστη τιμή, σε αυτήν την περίπτωση Um = επάνω (βλ. Εικ. 3, a, 3, β, 4. β, 4, γ). Έτσι, στη μηχανική επικοινωνιών, τα κύρια χαρακτηριστικά των τάσεων είναι: περίοδος, σχήμα, εύρος. σε οποιαδήποτε πειράματα, υπολογισμούς, μελέτες, πρέπει πρώτα απ 'όλα να έχει μια ιδέα για αυτές τις τιμές.