Чтение онлайн

Периодичность — это главное свойство всех колебаний. Согласно концепции частотных характеристик все периодические сигналы состоят из синусоид. Другими словами, любой периодический сигнал может быть сформирован путем сложения некоторого количества синусоид, имеющих различные амплитуды, фазы и частоты. Важность синусоид в том, что только они не могут быть искажены RC, RL и LC цепями.

Частота синусоиды, равная частоте периодического сигнала, называется частотой основной гармоники. Частоту основной гармоники также называют первой гармоникой.

Частоты высших гармоник кратны частоте основной гармоники. Частота второй гармоники вдвое выше частоты основной гармоники, частота третьей гармоники втрое выше частоты основной гармоники и т. д. На рис. 30-2 приведена основная частота 1000 герц и несколько ее гармоник.

Рис. 30-2. Основная частота 1000 герц и некоторые ее гармоники.

Гармоники могут комбинироваться бесконечным числом способов и составлять любое периодическое колебание. Тип и число гармоник, необходимых для составления сигнала, зависит от формы этого сигнала. Например, на рис. 30-3 изображен сигнал прямоугольной формы.

Рис. 30-3. Сигнал прямоугольной формы.

Рис. 30-4 показывает, как прямоугольный сигнал может быть сформирован из комбинации основной гармоники и бесконечного числа нечетных гармоник, пересекающих ось координат в фазе с основной частотой.

Рис. 30-4. Формирование сигнала прямоугольной формы методом сложения его частотных составляющих.

Рис. 30-5 показывает формирование пилообразного сигнала. Он состоит из основной частоты и четных и нечетных гармоник, пересекающих ось координат со сдвигом по фазе на 180 градусов относительно основной частоты.

Рис. 30-5. Формирование сигнала пилообразной формы методом сложения его частотных составляющих.

Осциллограф выводит на экран временные характеристики сигналов. Анализатор спектра (рис. 30-6) выводит на экран частотные характеристики сигнала. Анализ частотных характеристик может быть использован для определения влияния цепей на форму сигнала.

Рис. 30-6. Анализатор спектра.

Периодические сигналы — это сигналы, повторяющиеся через определенные промежутки времени. Период сигнала измеряется интервалом времени от любой точки цикла до такой же точки следующего цикла (рис. 30-7).

Рис. 30-7. Период сигнала.

Длительность импульса — это длина импульса по оси времени.

Рис. 30-8. Длительность импульса сигнала.

Скважность — это отношение длительности импульса к его периоду. Скважность может быть представлена как процентное отношение времени существования импульса в течение каждого периода к периоду.

< image l:href="#"/>

Все импульсы имеют время нарастания и время спада. Время нарастания — это время, требуемое для увеличения импульса от 10 % до 90 % от величины максимальной амплитуды. Время спада — это время, за которое импульс уменьшается от 90 % до 10 % от величины максимальной амплитуды (рис. 30-9).

Рис. 30-9. Время нарастания импульса и время спада импульса измеряются на уровнях 10 % и 90 % от максимальной амплитуды сигнала.

Форма отрицательных и положительных выбросов и «звон», т. е. возникновение высокочастотных затухающих колебаний, показаны на рис. 30–10.

Рис. 30–10. Положительный выброс, отрицательный выброс и «звон».

Положительный выброс наблюдается, когда передний фронт импульса превышает его максимальное значение. Отрицательный выброс имеет место, когда задний фронт импульса превышает его минимальное значение. Оба эти явления наблюдаются при возникновении затухающих колебаний (при ударном возбуждении), и известны, как «звон». Явления эти нежелательны, но существуют вследствие несовершенства цепей.

30-1. Вопросы

1. Дайте определение концепции частотных характеристик.

2. Как конструируются следующие колебания согласно концепции частотных характеристик?

а. Прямоугольные колебания

б. Пилообразные колебания.

3. Что такое периодическое колебание?

4. Что такое скважность?

5. Нарисуйте примеры положительного выброса, отрицательного выброса и «звона» в применении к реальному сигналу.

RC цепь может изменять форму сложных сигналов так, что выходная форма будет совсем не похожа на входную. Величина искажения определяется постоянной времени RC цепи. Тип искажения определяется выходной компонентой, включенной параллельно выходу. Если параллельно выходу включен резистор, то цепь называется дифференцирующей. Дифференцирующая цепь используется в цепях синхронизации, для получения узких импульсов из прямоугольных, а также для получения переключающих импульсов и меток. Если параллельно выходу включен конденсатор, то цепь называется интегрирующей. Интегрирующая цепь используется в цепях формирования сигналов в радио, телевидении, радиолокаторах и в компьютерах.

На рис. 30–11 изображена дифференцирующая цепь.

Рис. 30–11. Дифференцирующая цепь.

Напомним, что сложные сигналы состоят из основной частоты и большого числа гармоник. Когда сложный сигнал поступает на дифференцирующую цепь, она влияет на каждую частоту по разному. Отношение емкостного сопротивления (Хс) к R для каждой гармоники различно. Это приводит к тому, что каждая гармоника сдвигается по фазе и уменьшается по амплитуде в разной степени. В результате исходная форма сигнала искажается. На рис. 30–12 показано, что происходит с сигналом прямоугольной фор- мы, прошедшим дифференцирующую цепь. На рис. 30–13 показано влияние различных постоянных времени RC цепи.