Sorgenti di segnali elettrici

La differenza di potenziale tra due punti diversi è chiamata tensione elettrica, che per brevità è chiamata semplicemente "tensione", poiché la teoria dei circuiti elettrici si occupa principalmente di fenomeni o processi elettrici. Pertanto, se in qualche modo vengono create due regioni i cui potenziali differiscono l'una dall'altra, tra di esse apparirà una tensione U = φ1 — φ2, dove φ1 e φ2 sono i potenziali delle regioni del dispositivo in cui, a causa del consumo di poco si formano potenziali elettrici di energia con valori disuguali...

Ad esempio, una cella a secco contiene vari prodotti chimici: carbone, zinco, agglomerato e altri. Come risultato delle reazioni chimiche, l'energia (in questo caso chimica) viene spesa, ma invece nell'elemento compaiono aree con un numero diverso di elettroni, il che provoca potenziali disuguali in quelle parti dell'elemento in cui si trovano la barra di carbonio e la coppa di zinco .

Pertanto, c'è una tensione tra i fili dell'asta di carbonio e la coppa di zinco. Questa tensione attraverso i terminali aperti della sorgente è chiamata forza elettromotrice (EMF abbreviato).

Pertanto, anche l'EMF è una tensione, ma in determinate condizioni. La forza elettromotrice viene misurata nelle stesse unità della tensione, vale a dire volt (V) o unità frazionarie - millivolt (mV), microvolt (μV), con 1 mV = 10-3 V e 1 μV = 10-6 V.

Il termine «EMF», che si è sviluppato storicamente, è in senso stretto impreciso, poiché l'EMF ha la dimensione della tensione, non della forza, motivo per cui è stato recentemente abbandonato, sostituendo i termini «tensione interna» (cioè la tensione, eccitata all'interno della sorgente) o «tensione di riferimento». Poiché il termine «EMF» è utilizzato in molti libri e GOST non è stato cancellato, lo useremo in questo articolo.

Pertanto, la forza elettromotrice della sorgente (EMF) è la differenza di potenziale generata all'interno della sorgente come risultato del consumo di un certo tipo di energia.

A volte si dice che l'EMF alla fonte è formato da forze esterne, che sono intese come influenze di natura non elettrica. Quindi, nei generatori installati nelle centrali elettriche industriali, l'EMF si forma a causa del consumo di energia meccanica, ad esempio l'energia dell'acqua che cade, la combustione del carburante, ecc. Attualmente, le batterie solari stanno diventando più comuni, in cui l'energia luminosa viene convertita in energia elettrica ed ecc.

Nella tecnologia delle comunicazioni, nell'elettronica radio e in altri rami della tecnologia, le tensioni elettriche sono ottenute da speciali dispositivi elettronici chiamati generatori di segnali, in cui l'energia della rete elettrica industriale viene convertita in diverse tensioni prelevate dai terminali di uscita.In questo modo i generatori di segnale consumano energia elettrica dalla rete industriale e producono anche tensioni di tipo elettrico, ma con parametri completamente diversi, non ricavabili direttamente dalla rete.

La caratteristica più importante di qualsiasi tensione è la sua dipendenza dal tempo. In generale, i generatori producono tensioni i cui valori cambiano nel tempo. Ciò significa che in qualsiasi momento la tensione ai terminali di uscita del generatore è diversa. Tali tensioni sono chiamate variabili, a differenza delle costanti, i cui valori rimangono invariati nel tempo.

Va ricordato che è fondamentalmente impossibile trasmettere qualsiasi informazione (parlato, musica, immagini televisive, dati digitali, ecc.) con tensioni costanti, e poiché la tecnica di comunicazione è progettata specificamente per la trasmissione di informazioni, l'attenzione principale sarà utilizzato per tenere conto dei segnali variabili nel tempo.

Le tensioni in qualsiasi istante di tempo sono chiamate istantanee... I valori di tensione istantanea sono generalmente variabili dipendenti dal tempo e sono indicati da lettere minuscole (minuscole) e (t) o, in breve, - e. La somma dei valori istantanei ​forma una forma d'onda. Ad esempio, se nell'intervallo da t = 0 a t = t1 le tensioni aumentano in proporzione al tempo e nell'intervallo da t = t1 a t = t2 diminuiscono secondo la stessa legge, allora tali segnali hanno una forma triangolare .

Sono molto importanti nelle tecnologie della comunicazione segnali ad onda quadra… Per tali segnali, la tensione nell'intervallo da t0 a t1 è uguale a zero, al momento t1 sale bruscamente al valore massimo, nell'intervallo da t1 a t2 rimane invariata, al momento t2 diminuisce bruscamente a zero, eccetera.

I segnali elettrici si dividono in periodici e non periodici. I segnali periodici sono chiamati segnali i cui valori istantanei si ripetono dopo lo stesso tempo, chiamato periodo T. I segnali non periodici compaiono una sola volta e non si ripetono più. Le leggi che regolano i segnali periodici e non periodici sono molto diverse.

Riso. 1

Riso. 2

Riso. 3

Molti di essi, essendo del tutto corretti per i segnali periodici, risultano del tutto scorretti per quelli non periodici e viceversa. Lo studio dei segnali non periodici richiede un apparato matematico molto più complesso rispetto allo studio di quelli periodici.

I segnali rettangolari con pause tra gli impulsi o, come vengono chiamati, "burst" (dal concetto di "invio di segnali") sono molto importanti. Tali segnali sono caratterizzati da un duty cycle, cioè il rapporto tra il periodo di tempo T e il tempo di invio ti:

Ad esempio, se il tempo di pausa è uguale al tempo di impulso, cioè l'invio avviene entro la metà del periodo, allora il duty cycle

e se il tempo di invio è un decimo del periodo, allora

Per osservare visivamente la forma d'onda della tensione, gli strumenti di misura sono chiamati oscilloscopi... Sullo schermo dell'oscilloscopio, il fascio di elettroni traccia una curva della tensione che viene applicata ai terminali di ingresso dell'oscilloscopio.

Quando l'oscilloscopio è normalmente acceso, le curve sul suo schermo sono ottenute in funzione del tempo, cioè immagini di beam tracing simili a quelle mostrate in fig. 1, a — 2, b.Se in un tubo a fascio di elettroni ci sono dispositivi che creano due raggi e quindi consentono di osservare due immagini contemporaneamente, allora tali oscilloscopi sono chiamati oscilloscopi a doppio raggio.

Gli oscilloscopi a doppio raggio hanno due coppie di terminali di ingresso, chiamati ingressi canale 1 e canale 2. Gli oscilloscopi a doppio raggio sono molto più avanzati degli oscilloscopi a raggio singolo: possono essere utilizzati per confrontare visivamente i processi in due diversi dispositivi, all'ingresso e terminali di uscita di un dispositivo, nonché per eseguire una serie di esperimenti molto interessanti.

Riso. 4

L'oscilloscopio è il dispositivo di misurazione più moderno utilizzato nell'ingegneria elettronica, con il suo aiuto è possibile determinare la forma dei segnali, misurare tensioni, frequenze, sfasamenti, osservare gli spettri, confrontare i processi in circuiti diversi e anche eseguire una serie di misurazioni e ricerche , di cui si parlerà nelle sezioni successive.

La differenza tra il valore istantaneo più grande e quello più piccolo è chiamata tensione oscillante Up (una lettera maiuscola indica che viene descritta una costante nel valore temporale e il pedice «p» sta per la parola «intervallo». La notazione Ue può essere utilizzato anche) quindi, sullo schermo dell'oscilloscopio, l'osservatore vede la forma della tensione indagata e il suo range.

Ad esempio, nella fig. 4a mostra una curva di tensione sinusoidale, in FIG. 4, b — mezza onda, in fig. 4, c — onda piena, in fig. 4, d — forma complessa.

Se la curva è simmetrica rispetto all'asse orizzontale, come in fig. 3, a, quindi metà dell'intervallo è chiamato valore massimo ed è indicato con Um.Se la curva è unilaterale, cioè tutti i valori istantanei hanno lo stesso segno, ad esempio positivo, allora l'oscillazione è uguale al valore massimo, in questo caso Um = up (vedi Fig. 3, a, 3, b, 4. b, 4, c). Pertanto, nell'ingegneria delle comunicazioni, le principali caratteristiche delle tensioni sono: periodo, forma, intervallo; in ogni esperimento, calcolo, studio, bisogna prima di tutto avere un'idea di questi valori.