О ВОЛНАХ, О СИТАХ, О РАЗНЫХ ДРУГИХ ВЕЩАХ, А ГЛАВНЫМ ОБРАЗОМ, О ДАЛЬНЕЙ СВЯЗИ

May 24, 2015 by admin Комментировать »

Перевозка зерновой смеси

Представьте, что из одного склада в другой требуется постоянно перевозить много сортов различных зерен; ну, скажем, к примеру: горох, фасоль, рожь, пшеницу, мак.*. И вот, некий изобретатель для экономии тары и уменьшения транспортных расходов предлагает:     не возить каждый сорт в отдельности, а проложить между складами одну трубу и сыпать сквозь нее навалом все зерна без разбору. На месте же назначения сортировать получившуюся смесь, пропуская ее сквозь сита. Через самое мелкое пройдут только маковые зерна, фасоль останется на сите с самыми крупными отверстиями и т. д.

Сомнительно, чтобы такая «рационализация транспорта» имела успех.

А в электротехнике для дальней телефонной и телеграфной связи часто поступают именно таким странным образом.

Между двумя городами прокладывают одну двухпроводную линию связи. С каждого конца к этой линии присоединяют по нескольку десятков телефонных аппаратов. В линию посылается смесь из различных электрических токов. Эта смесь проходит всю линию. А на обоих концах линии стоят «электрические сита» — фильтры, которые четко разделяют самую запутанную смесь токов, сортируют эти токи, направляют каждый сорт в свой телефонный аппарат.

Зачем смешивают электрические токи

Проволочная линия электрической связи стоит дорого. Чтобы дать связь между двумя пунктами, удаленными один от другого на 100 км, потребовалось бы израсходовать одной только железной проволоки больше 10 г. А кроме проволоки для постройки такой линии необходимо еще несколько тысяч столбов, изоляторов и всяких других материалов. Кабельная линия стоит еще дороже, нежели воздушная, и прокладывать ее труднее.

Вес и стоимость одной только проволоки В ЛИНИИ связи во много раз превышают вес и стоимость двух телефонных аппаратов, включенных у ее концов. Проволочная линия — самое дорогое и самое громоздкое звено в цепи связи.

Связь каждой пары корреспондентов между собой называют «к а н а л о м». Когда несколько корреспондентских пар связываются по одной общей линии — связь называется многоканальной.

В 1880 г. русский военный связист капитан Игнатьев впервые передал по одной линии одновременно телеграмму и телефонный разговор. Это была двухканальная связь. В настоящее время на одну проводную линию удается наложить несколько десятков и даже сотен каналов.

В проволочной связи наложение многих каналов на одну линию очень выгодно. Чем больше пар корреспондентов могут говорить по общей линии, не мешая друг другу, тем дешевле обходится эксплоатация каждого канала связи.

Для радиосвязи провода не нужны, линия здесь даровая. Но в радиосвязи часто применяются промежуточные релейные станции. На них сигналы ретранслируются, т. е. усиливаются и передаются дальше. Для радиорелейных линий выгоднее применять многоканальную связь, строить релейные станции для одновременной ретрансляции многих передач, нежели применять соответствующее число одноканальных радиолиний.

«Канал»— это не только телефонный разговор или телеграфная передача. Каналы нужны и для всяких дру* гих сообщений. Существуют автоматические электрические станции и подстанции. Все переключения на них производятся из далека из центрального диспетчерского пункта. Чтобы управлять выключателями, нужен отдельный канал, чтобы передавать показания измерительных приборов на центральный пункт, также нужны отдельные каналы.

Воздушные линии дальних высоковольтных электропередач — это три или шесть проводов, подвешенных на гирляндах фарфоровых изоляторов к высоким мачтам. Десятки тысяч киловатт текут вдоль этих проводов от районных электростанций к городам, к потребителям. Многие полагают, что больше ничего по этим проводам и на передается, только энергия тока с частотой 50 гц.

А на самом деле эти же провода используются для создания еще множества каналов связи. По высоковольтным линиям проходят разговоры диспетчеров энергосистем. По этим же высоковольтным линиям передаются на десятки километров показания измерительных приборов, передаются сигналы для дальнеуправления выключателями и генераторами. Смесь разнообразнейших токов циркулирует в линиях дальних высоковольтных электропередач. И на концевых пунктах эти токи разделяются один от другого и каждый направляется в свое отдельное русло.

В высокочастотном транспорте по одной и той же питающей линии циркулируют токи рабочих частот и сигналы автоматического управления спящими и дремлющими бесконтактными сетями.

По каким признакам разделять токи

Зерна можно разбирать по разному, по форме, по удельному весу; по какому же признаку разделять электрические токи? По силе, по направлению, по времени, по фазам импульсов?..

Известно множество способов разделения, или, как принято говорить, селекции электрических токов, но почти нет такой области электротехники, в которой не приходилось бы сортировать, фильтровать токи по частоте.

В каких случаях токи надо фильтровать?

В современной электротехнике применяется множество устройств, которые преобразуют токи одних частот в токи других частот. При всех таких преобразованиях приходится фильтровать смеси токов, направлять ток каждой частоты в свое русло.

В ламповых генераторах для радиопередатчиков, для нагрева стали под закалку, размягчения пластмасс и для многих других целей, высокочастотный ток получается из тока низкочастотного или из постоянного.

В этом примере из колебаний с большим периодом, из медленных колебаний, получают колебания с малым периодом — быстрые колебания. Из тока с частотой 50 гц получают токи с частотой много миллионов герц. Генераторные лампы дробят постоянный или низкочастотный ток на отдельные быстрые импульсы.

В ламповых генераторах приходится фильтровать и разделять то/ки различных частот и постоянный ток, подобно тому, как на мельницах просеивают на ситах дробленые, молотые зерна, чтобы отделить муку от крупы, отвеять отруби. Каждую составляющую необходимо направить на свое место.

Часто в технике не дробят, а, наоборот, укрупняют. Для доменных печей агломерируют пылевидную руду, спекают ее, получают из мелочи крупные куски. С крупнокусковой рудой лучше идет металлургический процесс. После агломерации пыль отсеивают от спеченных кусков на ситах.

Для электрической тяги из тока с частотой 50 гц вырабатывают ток с еще большим периодом, понижают частоту тока.

Существуют магистральные электрические дороги, на которых применяется ток с частотой, в три раза более низкой, чем частота тока в наших осветительных сетях, там применяется ток с частотой 162/з Щ. Для питания контактных сетей метрополитена, трамваев, троллейбусов применяют постоянный ток (ток нулевой частоты, ток с бесконечно большим периодом).

На тяговых подстанциях электрических дорог стоят ртутные преобразователи, которые складывают, суммируют отдельные полуволны переменного тока. В этой сумме получается много мелких остатков переменного тока — высших гармонических или просто гармоник, как их называют.

В контактной сети электрических дорог эти гармоники могут создать помехи. Поэтому все гармоники надо отфильтровать, не пустить их в контактную сеть.

Есть еще много случаев, когда применяются ч астотные фильтры. Частотные фильтры — важный элемент в современной электротехнике.

Сита частые и сита крупные

Просеивать зерна на ситах можно по-разному: либо собирать то, что проваливается сквозь сито—всю мелочь, либо собирать то, что на сите остается — все крупное. В электрических фильтрах существуют две различные группы схем: — одни называются фильтрами вы соких частот. Они задерживают постоянный ток и токи низких частот, а свободно пропускают быстро изменяющиеся токи — высокочастотные токи. Чем выше ча стога тока, тем легче он проходит через фильтр высоких частот.

Второй тип фильтров — фильтры низких частот. Они, наоборот, пропускают медленно меняющиеся токи, токи низких частот, и тем легче, чем частота тока ниже. Высокие частоты, быстро изменяющиеся токи этими фильтрами задерживаются.

Когда смесь зерен для рассева пропускается через два, одно за другим расположенных сита—первое более крупное, второе более мелкое, то можно выделить из смеси такие зерна, которые через крупное сито проваливаются, а на мелком остаются. Комбинация из двух сит способна очистить зерна интересующего нас размера как от более крупных, так и от более мелких частиц. Такая комбинация сит выделяет один сорт зерен.

И электрические фильтры могут быть так устроены, чтобы выделять токи определенной полосы частот.

Но выделять какую-нибудь полосу частот можно по-разному: можно так включить фильтр, чтобы он отбрасывал из смеси токов и слишком высокие частоты, и слишком низкие, а пропускал бы через себя только узкую заданную полосу частот. Такие фильтры называются полосовыми. Но можно и по-иному включить фильтр, а именно так, чтобы он пропускал и низкие и высокие частоты, а отбрасывал из смеси токов только одну определенную группу частот.

Такие фильтры называются пробками (иногда их называют режекторными, что в переводе означает отбрасывающие, заграждающие).

Таковы четыре основных разновидности электрических фильтров, но существуют еще различные их комбинации. Сложные фильтры применяются в дальней многокабельной связи, в радиолокационных установках.

Для характеристики смеси частиц различных ;размеров применяют термин гранулометрический состав (гранула — по-латыни зерно). Щебень для изготовления бетона хорошего качества должен содержать определенный процент более крупных и определенный процент более мелких частиц. Щебень, говорят, должен иметь определенный гранулометрический состав. Сита можно определить как устройства, меняющие гранулометрический состав в требуемом направлении.

Смесь токов различных частот характеризуется спектральным составом, спектральной кривой. Самое общее определение электрического фильтра — это будет: устройство, меняющее спектральный состав смеси токов.

Механические фильтры для комфорта

Оставим на время аналогии с сортировкой зерен на ситах, займемся подробнее колебаниями, ибо нас интересует разделение различных колебаний, а не частиц.

По булыжной мостовой мчится автомобиль. Колеса подпрыгивают на каждой неровности дороги, но эти колебания в очень ослабленном виде передаются кузову автомобиля. Подвеска автомобиля «фильтрует» эти колебания. Медленные изменения положения колеса передаются полностью кузову. А короткие толчки, быстрые колебания, до кузова не доходят — «вязнут» в подвеске.

Фиг. 6-1, Примеры акустических фильтров низких частот. Они состоят из ряда расположенных одна за другой камер.

Фиг. 6-2. Продольный разрез автомобильного глушителя и схема эквивалентного глушителя электрического фильтра низких частот.

Подвеска автомобиля — это фильтр для механических колебаний, точнее говоря, механический фильтр низких частот. Чем больше частота колебаний автомобильного колеса, тем меньшая доля энергии этих колебаний доходит до кузова автомобиля.

Подвеска любой повозки, по существу, должна быть фильтром низких частот, который включен между колесами и кузовом. Но степень фильтрации бывает разной. В телеге она не столь высока, как в хорошем легковом автомобиле.

Существуют фильтры и для механических звуковых колебаний. Их называют акустические фильтры (фиг. 6-1). Пример акустического фильтра низких частот — глушитель автомобиля (фиг. 6-2). Он сглаживает отдельные толчки выхлопных газов, пропускает плавную струю.

Еще механические фильтры

Надавите плавно иголку звукоснимателя (адаптера) патефона. Это давление не воспроизведется столбом воздуха в рупоре патефона и патефон молчит. Но когда иголка скользит по извилистой бороздке пластинки, колебания иголки передаются мембране, а от мембраны воздуху. В этом примере звуковоспроизводящая система патефона ведет себя как фильтр высоких частот. Но если частота звука, записанного на пластинке, слишком высока, то воспроизведение ею также ослабляется. Правильнее сказать, что звуковоспроизводящая система патефона — это полосовой фильтр. Она не пропускает как очень низкие, так и очень высокие частоты. Чем шире полоса пропускания патефона, тем лучше, тем естественнее и натуральнее будет воспроизведение звука. Хороший патефон должен пропускать полосу частот от 300 до 3 000 гц.

Анатомия фильтров

Всякий фильтр для механических колебаний состоит из инертных масс и элементов упругости. Или, выражаясь более грубо, — из гирь и пружин. Иногда эти составляющие сразу отчетливо видны: в автомобиле тяжелая инертная масса кузова покоится на гибкой, податливой рессоре.

В патефонном звукоснимателе труднее выделить «гири» и «пружины». Эти элементы там очень малы. Не так легко проследить в звукоснимателе, как включены между собой эти отдельные элементы. Изучают экспериментально пропускание различных частот через звукосниматель, и на этом основании уже составляют эквивалентную схему. Тогда можно предсказать, как изменится пропускание частот, если изменить конструкцию.

Гиря, укрепленная на пружине, способна совершать колебания.

Гирю на пружине называют колебательной системой. В этой книжке мы ее уже обсуждали не раз. Достаточно толкнуть колебательную систему один раз, и она некоторое время будет сама качаться.

Частота, с которой эти колебания совершаются, называется собственной или резонансной частотой.

Гиря на пружине может действовать и как фильтр низких, и как фильтр высоких частот. Это зависит от того, куда приложена внешняя сила, как она действует на гирю и пружину. Но в обоих случаях важное значение имеет резонансная частота. Фильтр высоких частот хорошо пропускает колебания более быстрые, нежели резонансные, а фильтр низких частот, наоборот, колебания более медленные, нежели резонансные.

Фильтр для электрических колебаний состоит из самоиндукций и емкостей. В электромеханических аналогиях самоиндуктивности соответствуют гирям, емкости — пружинам, рессорам.

В зависимости от того, как эти емкости и самоиндукции скомбинированы и включены, получаются Электрические фильтры высоких или низких частот, полосовые или режекторные фильтры.

Источник: Электричество работает Г.И.Бабат 1950-600M

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