Цепи формирования сигнала. Несинусоидальные сигналы.

В электронике иногда бывает нужно изменить форму сигнала. Синусоидальный сигнал превратить в прямоугольный, прямоугольный в импульсный, а импульсный в прямоугольный. Форму сигнала можно проанализировать с помощью двух методов. Анализ формы сигнала посредством анализа его амплитуды в каждый момент времени, называется анализом временных характеристик. Анализ формы сигнала посредством разложения его на составляющие синусоиды, называется анализом частотных характеристик. Частотный анализ предполагает, что все периодические сигналы могут быть разложены на сумму синусоид.

НЕСИНУСОИДАЛЬНЫЕ СИГНАЛЫ

На рисунке изображены три основные формы сигналов, представленные в виде функций времени.

Три основные формы периодического сигнала: (А) синусоидальная, (Б) прямоугольная, (В) пилообразная

Этими тремя формами являются: синусоидальная, прямоугольная и пилообразная. Хотя все эти три формы различны, они имеют одинаковый период или частоту. С помощью различных электронных цепей эти формы могут быть превращены одна в другую.

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. В таблице приведена основная частота 1000 герц и несколько ее гармоник. 

(ОСНОВНАЯ) 1-я                 гармоника            1000 Гц

  2-я                 гармоника            2000 Гц

  3-я                  гармоника            3000 Гц

  4-я                  гармоника            4000 Гц

  5-я                  гармоника            5000 Гц

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 рисунке изображен сигнал прямоугольной формы.

Сигнал прямоугольной формы

На рисунке

Формирование сигнала прямоугольной формы

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

На рисунке показано формирование пилообразного сигнала.

Формирование пилообразного сигнала методом сложения частотных составляющих

Он состоит из основной частоты и четных и нечетных гармоник, пересекающих ось координат со сдвигом по фазе на 180 градусов относительно основной частоты.

Осциллограф выводит на экран временные характеристики сигналов. Анализатор спектра выводит на экран частотные характеристики сигнала. Анализ частотных характеристик может быть использован для определения влияния цепей на форму сигнала.

Периодические сигналы — это сигналы, повторяющиеся через определенные промежутки времени. Период сигнала измеряется интервалом времени от любой точки цикла до такой же точки следующего цикла.

Период сигнала

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

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

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 рисунке.

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.

Рейтинг: 5 / Голосов: 1