Что ещё полезно знать о сигналах?

May 24, 2014 by admin Комментировать »

Когда мы говорили о нелинейных искажениях, возникающих в усилителях звуковой частоты, и когда мы говорили, что можно проверить прохождение сигнала по высокочастотным цепям с

помощью генератора прямоугольных сигналов, мы упоминали гармоники Гармонические составляющие У меня, не математика, прозорливость Фурье вызывает искреннее восхищение Но суть того, что мы используем из математического аппарата, разработанного Фурье, проста: любой периодический сигнал можно  представить как определённую  совокупность синусоидальных и косинусоидальных сигналов с определённой амплитудой, фазой и частотой, кратной частоте исходного сигнала Давайте посмотрим, как наличие гармоники может сказаться на форме синусоидального сигнала

Рис 115 Искажение формы синусоидального сигнала

Обычно, настраивая усилитель, мы решаем обратную задачу Мы проверяем искажения сигнала, подавляя сигнал основной частоты и измеряя величину гармонических составляющих

Рис 116 Исключение основного сигнала с помощью фильтра

Частота полученного сигнала, это можно проверить, 3 кГц Если бы добротность фильтра была выше (если бы он лучше подавил частоту 1 кГц), результат был бы ещё лучше Измерив напряжение гармоники, можно вычислить коэффициент нелинейных искажений, который входит обязательным параметром, характеризующим качество усилителя

Для передачи сигналов на расстояние можно использовать провода Так работают обычные телефоны, так работает телеграф В настоящее время провода вытесняются оптоволокном Так работает Интернет (хотя на коротких расстояниях он использует и провода) Для передачи сигналов на большие расстояния используют радиоволны

Радиоволны – это электромагнитные колебания, распространяющиеся в пространстве Подобно любой пространственной волне радиоволна характеризуется длиной волны Длинноволновые сигналы склонны огибать земной шар, что удобно, но они быстро затухают, что неудобно Более короткие волны склонны распространяться прямолинейно, но могут отражаться  в  атмосфере, несут больше энергии и могут попасть в отдалённые места земного шара за счёт отражения

С длиной волны связана ещё одна характеристика электромагнитного колебания, частота Чем больше частота, тем короче волна

Радиоволны используют для передачи радиосигналов, телевизионных сигналов, а сегодня и телефонных сигналов мобильных телефонов Радиосигналы несут речь и музыку То есть, переносят звуковые частоты Если бы мы передавали речь «напрямую», то длина волны в этом случае оказывалась бы очень большая, что требует очень большой мощности для передачи сигнала на небольшие, в общем-то, расстояния Чтобы обойти эту проблему используют такой простой приём, как тот, что человек использует очень давно, когда ему надо перемещаться на большие расстояния – человек становится наездником Наездником становится и речь с музыкой, когда её транслирует радиостанция

Есть два основных вида формирования радиоволн, когда в качестве лошади выступает несущая частота, а в качестве наездника информационная (которая нам и нужна) Используют амплитудную модуляцию и частотную Первый вид формирования радиоволны понять несколько легче

Нам удобно использовать для передачи на большое расстояние, скажем, сигнал частотой 1 МГц Если амплитуду этого сигнала мы будем менять по закону сигнала «наездника», речи или музыки, или испытательного сигнала, то хорошо распространяющийся на большое расстояние несущий сигнал донесёт до слушателя полезную информацию Проделаем  такой  эксперимент: сформируем сигнал высокой частоты, амплитуда которого меняется по закону низкочастотного синусоидального сигнала

Рис 117 Амплитудно-модулированный сигнал

Какое изумительно простое и разумное решение, согласитесь

При частотной модуляции информационный сигнал управляет частотой несущей При этом амплитуда несущей частоты остаётся постоянной

Рис 118 Частотно-модулированный сигнал

Постоянство амплитуды несущей частоты даёт преимущество при радиопередаче аналоговой информации, но требует более высокой частоты несущей

В последнее время всё чаще используют приведение любой информации к цифровому виду В таком виде её удобно передавать на расстояние по проводам, по оптическим кабелям, с помощью радиоволн Но в цифровой технике используют импульсы, требующие широкой полосы пропускания, а, следовательно, ещё больше повышаются требования к частоте несущей Поэтому сегодня несущая частота в несколько гигагерц никого не удивляет

Разновидностью частотной модуляции можно считать ШИМ (PWM) – широтно-импульсную модуляцию О применении этого вида модуляции мы поговорим позже, а вот как  выглядит сигнал:

Рис 119 Широтно-импульсная модуляция

Мы уже говорили, что любой периодический сигнал можно представить в виде гармонических составляющих Такое представление называют ещё гармоническим анализом, основанным на теореме Фурье Если при разработке усилителей звука нас интересуют только совокупные искажения звука, которые мы можем измерить с помощью измерителя нелинейных искажений, то в остальных случая нас может интересовать весь спектр составляющих сигнала Для исследований такого рода используют анализаторы спектра

Чем полезен анализ спектра сигнала Создавая радиопередатчик, мы настраиваем его на работу с определённой несущей частотой Но при этом мы подвергаем конечный сигнал разного рода преобразованиям: мы его усиливаем, модулируем Если при этом кроме основной частоты появятся дополнительные частоты, они станут помехами для других передающих устройств А мы должны быть уверены, что работа нашего устройства никому не помешает

Вот как выглядят измерения спектра виртуальным анализатором в программе Multisim

Рис 1110 Анализатор спектра в программе Multisim

Приставка-осциллограф к компьютеру, например, PSC100A фирмы Velleman, работает и как осциллограф, и как анализатор спектра

Рис 1111 Анализатор спектра приставки PSC100A

Такая приставка обойдётся вам сегодня приблизительно  в 6000 руб Мне это  кажется самым дешевым решением проблемы осциллографа, если у вашего компьютера есть стандартный порт для подключения принтера LPT Последние ноутбуки могут не иметь его В этом случае понадобится либо приставка, работающая с USB-портом, либо конвертер USB-LPT, который может иметь ограничения, касающиеся используемой операционной системы

В любом случае, если вы намерены заниматься электроникой, следует иметь в виду, что  все устройства, как правило, это преобразователи переменного напряжения одного вида в другой, и переменное напряжение может изменяться в соответствии с разными законами Чтобы понять, что происходит с сигналом, лучше увидеть его А для этого нужен осциллограф Позже мы рассмотрим  принцип,  на  котором  основана  работа  осциллографа-приставки  к  компьютеру

Опытный радиолюбитель может самостоятельно собрать такую приставку При этом от него потребуется ещё и умение написать программу, обслуживающую устройство Это увлекательнейшее занятие, но оно потребует больше знаний и умения, чем даёт простое повторение схемы

Источник: Гололобов ВН,- Самоучитель игры на паяльнике (Об электронике для школьников и не только), – Москва 2012

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты