КАФЕДРА
РЛ
Этой статьей мы продолжаем цикл “Ап Introduction In”, посвященный физическим основам радиоэлектроники. Сегодня
мы поговорим о различных электрических колебаниях, применяющихся в электро- и радиотехнике. Как известно наверное
любому, большинство электрических явлений не являются статическими, а изменяются во времени. Так даже в домаш-
ней розетке напряжение не постоянное, как в случае батарейки или аккумулятора, а переменное. Реальные же электри-
ческие сигналы, содержащие звуковую или видеоинформацию, вообще изменяются во времени по случайным законам.
Такие сигналы являются случайными процессами в отличие от периодически повторяющихся колебаний, часто называ-
емых детерминированными (т.е. неслучайными) процессами. Но как всегда обо всем по порядку.
...
Р. ИВАНЮШКИН,
г. Москве
Э
лектрические
колебания
и
их
спектры
Начнем наш разговор об электри-
ческих колебаниях с обсуждения самых
простых - гармонических, т.е. токов и
напряжений, меняющихся по закону си-
нуса или косинуса. На
рис. 1
в каче-
стве примера показана временная ди-
аграмма тока, меняющегося во време-
ни по закону синуса I(cot) = Isincot. Наи-
большее отклонение гармонически ме-
няющегося тока от нуля называют ам-
плитудой I, а длительность одного пол-
ного колебания называют периодом Т.
Величина обратная периоду называет-
ся частотой гармонического колебания
f = 1/Т и измеряется в герцах (Гц). Чис-
ло герц обозначает количество пери-
одов колебания за одну секунду. Кро-
ме обычной частоты f, в электро- и
радиотехнике очень широко использу-
ется понятие так называемой цикличес-
кой или круговой частоты ю = 2лТ (число
к
= 3,14.
..), которая измеряется в ра-
дианах, деленных на секунду и соответ-
ствует числу полных кругов, проходя-
щих функцией синус или косинус в се-
кунду по элементарной окружности. Все
эти понятия, конечно же, опираются на
раздел математики - тригонометрию.
Как видно из
рис. 1
, по горизонтальной
оси отложено не время, а произведе-
ние времени на циклическую частоту
cot. Размерностью этой величины явля-
ется радиан, а значит, пользуясь такой
системой координат, можно полностью
абстрагироваться от реальных значе-
ний периода и частоты расматривае-
мого процесса. Действительно, пол-
ный период любого гармонического ко-
лебания, независимо от того, какая его
частота - 50 Гц в сетевой розетке или
10 ГГц на выходе спутниковой антен-
ны, всегда в угловой мере равен 2я (или
360°), что очень удобно. Кроме ампли-
туды, периода, обычной и циклической
частоты гармонические колебания так-
же характеризуются начальной фазой.
Колебание, показанное на
рис. 1
, имеет
нулевую начальную фазу. В отличие от
него колебание, показанное на
рис. 2,
начинается с запаздыванием на на-
чальную фазу ср, что математически
можно записать следующим образом:
Цой) = Ыг^юн-ср). Колебание, показанное
на
рис.
3, наоборот, опережает коле-
бание
(рис. 1)
на угол я/2 (или 90°) и
описывается тригонометрической фун-
кцией косинус 1(ой) = коею!.
Кроме временного представления
колебаний, в электро- и радиотехнике
очень часто используется также частот-
ное. На
рис. 4
показана зависимость
амплитуды гармонического тока (пред-
ставленная временными диафаммами
рис. 1.
..3)
от частоты Г Графическую за-
висимость, показанную на
рис. 4,
приня-
то называть амплитудным спектром
электрического процесса. Как видно из
рисунка, любое гармоническое колеба-
ние с неизменными во времени парамет-
рами имеет всего лишь одну спектраль-
ную составляющую на частоте
Г= 1/Т.
Это
свойство гармонических колебаний яв-
ляется чрезвычайно важным. Посколь-
ку частотный ресурс в радиоэфире все-
гда ограничен, очень важно, чтобы по-
лоса частот, занимаемая передавае-
мым сообщением, была как можно уже.
В этом смысле применение в качестве
несущ его колебания гармонического
является наиболее удобным.
Очень часто в цепях различных ус-
тройств усиления, преобразования и
обработки электрических сигналов, по-
мимо переменного тока или напряже-
ний, действуют также постоянные токи
и напряжения, к примеру - питающие.
На
рис. 5
показана временная диафам-
ма напряжения на коллекторе транзи-
стора простейшего усилительного кас-
када. Здесь одновременно действуют
два напряжения - постоянное напря-
жение коллекторного питания Ек и пе-
ременное гармоническое напряжение
(усиливаемый сигнал) с амплитудой Ш .
В этом случае в спектре такого гармо-
нического процесса
(рис. 6),
кроме со-
ставляющей на частоте
Г = 1/Т
с ампли-
тудой 11к, появляется также постоянная
составляющая на нулевой частоте ве-
личиной Ек.
Однако, не смотря на удобство при-
менения гармонических токов и напря-
жений, на практике очень часто исполь-
зуются и другие колебания с более слож-
ной формой. Так, к примеру, очень час-
то в различных радиоэлектронных уст-
ройствах (наприм ер, вы прямители,
мощные усилители и др.) применяются
режимы с токами, протекающими толь-
ко в течение половины периода синуса
или косинуса (второй полупериод при
этом отсекается, и ток равен нулю). При-
мер такого колебания, называемого од-
нополупериодным, показан на
рис. 7.
Гармонический ток в таком случае су-
19
11/2003
предыдущая страница 18 Радиолюбитель 2003-11 читать онлайн следующая страница 20 Радиолюбитель 2003-11 читать онлайн Домой Выключить/включить текст