Меню

Как измерить пилообразный сигнал



Проведение измерений с помощью осциллографа

Цифровой осциллограф, конечно, намного совершеннее обычного электронного, позволяет запоминать осциллограммы, может подключаться к персональному компьютеру, имеет математическую обработку результатов, экранные маркеры и многое другое. Но при всех достоинствах эти приборы нового поколения обладают одним существенным недостатком, — это высокая цена.

Именно она делает цифровой осциллограф недоступным для любительских целей, хотя существуют «карманные» осциллографы стоимостью всего в несколько тысяч рублей, которые продаются на Алиэкспресс, но пользоваться ими не особенно удобно. Ну, просто интересная игрушка. Поэтому пока речь пойдет об измерениях с помощью электронного осциллографа.

На тему выбора осциллографа для использования в домашней лаборатории в интернете можно найти достаточное количество форумов. Не отрицая достоинств цифровых осциллографов, на многих форумах советуют остановить выбор на простых малогабаритных и надежных осциллографах отечественной разработки С1-73 и С1-101 и подобных, с которыми мы ранее познакомились в этой статье.

При достаточно демократичной цене эти приборы позволят выполнить большинство радиолюбительских задач. А пока познакомимся с общими принципами измерений с помощью осциллографа.

Рисунок 1. Осциллограф С1-73

Что измеряет осциллограф

Измеряемый сигнал подается на вход канала вертикального отклонения Y, который имеет большое входное сопротивление, как правило, 1MΩ, и малую входную емкость, не более 40pF, что позволяет вносить минимальные искажения в измеряемый сигнал. Эти параметры часто указываются рядом с входом канала вертикального отклонения.

Рисунок 2. Осциллограф С1-101

Высокое входное сопротивление свойственно вольтметрам, поэтому можно с уверенностью сказать, что осциллограф измеряет напряжение. Применение внешних входных делителей позволяет снизить входную емкость и увеличить входное сопротивление. Это также снижает влияние осциллографа на исследуемый сигнал.

Здесь следует вспомнить, что существуют специальные высокочастотные осциллографы, входное сопротивление которых всего 50 Ом. В радиолюбительской практике такие приборы не находят применения. Поэтому далее речь пойдет об обычных универсальных осциллографах.

Полоса пропускания канала Y

Осциллограф измеряет напряжения в очень широких пределах: от напряжений постоянного тока, до напряжений достаточно высокой частоты. Размах напряжения может быть достаточно разнообразным, — от десятков милливольт до десятков вольт, а при использовании внешних делителей вплоть до нескольких сотен вольт.

При этом следует иметь в виду, что полоса пропускания канала вертикального отклонения Y д.б. не менее, чем в 5 раз выше частоты сигнала, который будет измеряться. То есть усилитель вертикального отклонения должен пропускать не ниже пятой гармоники исследуемого сигнала. Особенно это требуется при исследовании прямоугольных импульсов, которые содержат множество гармоник, как показано на рисунке 3. Только в этом случае на экране получается изображение с минимальными искажениями.

Рисунок 3. Синтез прямоугольного сигнала из гармонических составляющих

Кроме основной частоты на рисунке 3 показаны третья и седьмая гармоники. С увеличением номера гармоники возрастает ее частота: частота третьей гармоники в три раза выше основной, пятой гармоники в пять раз, седьмой в семь и т.д. Соответственно амплитуда высших гармоник падает: чем выше номер гармоники, тем ниже ее амплитуда. Только если усилитель вертикального канала без особого ослабления сможет пропустить высшие гармоники, изображение импульса получится прямоугольным.

На рисунке 4 показана осциллограмма меандра при недостаточной полосе пропускания канала Y.

Примерно так выглядит меандр частотой 500 КГц на экране осциллографа ОМШ-3М с полосой пропускания 0…25 КГц. Как будто прямоугольные импульсы пропущены через интегрирующую RC цепочку. Такой осциллограф выпускался советской промышленностью для лабораторных работ на уроках физики в школах. Даже напряжение питания этого прибора в целях безопасности было не 220, а всего 42В. Совершенно очевидно, что осциллограф с такой полосой пропускания позволит почти без искажений наблюдать сигнал с частотами не более 5КГц.

У обычного универсального осциллографа полоса пропускания чаще всего составляет 5 МГц. Даже при такой полосе можно увидеть сигнал до 10 МГц и выше, но полученное на экране изображение позволяет судить лишь о наличии или отсутствии этого сигнала. О его форме что-либо сказать будет затруднительно, но в некоторых ситуациях форма не столь уж и важна: например есть генератор синусоиды, и достаточно просто убедиться, есть эта синусоида или ее нет. Как раз такая ситуация показана на рисунке 4.

Современные вычислительные системы и линии связи работают на очень высоких частотах, порядка сотен мегагерц. Чтобы увидеть столь высокочастотные сигналы полоса пропускания осциллографа должна быть не менее 500 МГц. Такая широкая полоса очень «расширяет» цену осциллографа.

В качестве примера можно привести цифровой осциллограф U1610A показанный не рисунке 5. Его полоса пропускания 100МГц, при этом цена составляет почти 200 000 рублей. Согласитесь, не каждый может позволить себе купить столь дорогой прибор.

Пусть читатель не сочтет этот рисунок за рекламу, поскольку все координаты продавца не закрашены: на месте этого рисунка мог оказаться любой подобный скриншот.

Виды исследуемых сигналов и их параметры

Наиболее распространенным видом колебаний в природе и технике является синусоида. Это та самая многострадальная функция Y=sinX, которую проходили в школе на уроках тригонометрии. Достаточно много электрических и механических процессов имеют синусоидальную форму, хотя достаточно часто в электронной технике применяются и другие формы сигналов. Некоторые из них показаны на рисунке 6.

Рисунок 6. Формы электрических колебаний

Периодические сигналы. Характеристики сигналов

Универсальный электронный осциллограф позволяет достаточно точно исследовать периодические сигналы. Если же на вход Y подать реальный звуковой сигнал, например, музыкальную фонограмму, то на экране будут видны хаотично мелькающие всплески. Естественно, что детально исследовать такой сигнал невозможно. В этом случае поможет применение цифрового запоминающего осциллографа, который позволяет сохранить осциллограмму.

Колебания, показанные на рисунке 6, являются периодическими, повторяются, через определенный период времени T. Подробнее это можно рассмотреть на рисунке 7.

Рисунок 7. Периодические колебания

Колебания изображены в двухмерной системе координат: по оси ординат отсчитывается напряжение, а по оси абсцисс время. Напряжение измеряется в вольтах, время в секундах. Для электрических колебаний время чаще измеряется в миллисекундах или микросекундах.

Кроме компонентов X и Y осциллограмма содержит еще компонент Z – интенсивность, или попросту яркость (рисунок 8). Именно она включает луч на время прямого хода луча и гасит на время обратного хода. Некоторые осциллографы имеют вход для управления яркостью, который так и называется вход Z. Если на этот вход подать импульсное напряжение от образцового генератора, то на экране можно увидеть частотные метки. Это позволяет точнее отсчитывать длительность сигнала по оси X.

Рисунок 8. Три компонента исследуемого сигнала

Современные осциллографы имеют, как правило, калиброванные по времени развертки, позволяющие точно отсчитывать время. Поэтому пользоваться внешним генератором для создания меток практически не приходится.

В верхней части рисунка 7 располагается синусоида. Нетрудно видеть, что начинается она в начале координатной системы. За время T (период) выполняется одно полное колебание. Далее все повторяется, идет следующий период. Такие сигналы называются периодическими.

Ниже синусоиды показаны прямоугольные сигналы: меандр и прямоугольный импульс. Они также периодические с периодом T. Длительность импульса обозначена как τ (тау). В случае меандра длительность импульса τ равна длительности паузы между импульсами, как раз половина периода T. Поэтому меандр является частным случаем прямоугольного сигнала.

Скважность и коэффициент заполнения

Для характеристики прямоугольных импульсов используется параметр, называемый скважностью. Это есть отношение периода следования импульсов T к длительности импульса τ. Для меандра скважность равна двум, — величина безразмерная: S= T/τ.

В англоязычной терминологии как раз все наоборот. Там импульсы характеризуются коэффициентом заполнения, соотношением длительности импульса к периоду следования Duty cycle: D=τ/T. Коэффициент заполнения выражается в %%. Таким образом, для меандра D=50%. Получается, что D=1/S, коэффициент заполнения и скважность величины взаимно обратные, хотя характеризуют собой один и тот же параметр импульса. Осциллограмма меандра показана на рисунке 9.

Рисунок 9. Осциллограмма меандра D=50%

Читайте также:  Единица измерения длительности производственного цикла это один вариант ответа

Здесь вход осциллографа подключен к выходу функционального генератора, показанного тут же в нижнем углу рисунка. И вот тут внимательный читатель может задать вопрос: «Амплитуда выходного сигнала с генератора 1В, чувствительность входа осциллографа 1В/дел., а на экране прямоугольные импульсы с размахом 2В. Почему?»

Дело в том, что функциональный генератор выдает двухполярные прямоугольные импульсы относительно уровня 0В, примерно так же, как синусоида, с положительной и отрицательной амплитудой. Поэтому на экране осциллографа наблюдаются импульсы с размахом ±1В. На следующем рисунке изменим коэффициент заполнения Duty cycle, например, до 10%.

Рисунок 10. Прямоугольный импульс D=10%

Нетрудно видеть, что период следования импульсов составляет 10 клеток, в то время, как длительность импульса всего одна клетка. Поэтому D=1/10=0,1 или 10 %, что видно по настройкам генератора. Если воспользоваться формулой для подсчета скважности, то получится S = T / τ = 10 / 1 = 1 – величина безразмерная. Вот здесь можно сделать вывод, что Duty cycle намного наглядней характеризует импульс, чем скважность.

Собственно сам сигнал остался такой же, как на рисунке 9: прямоугольный импульс амплитудой 1В и частотой 100Гц. Изменяется только коэффициент заполнения или скважность, уж это как кому привычней и удобней. Но для удобства наблюдения на рисунке 10 длительность развертки снижена в два раза по сравнению с рисунком 9 и составляет 1мс/дел. Поэтому период сигнала занимает на экране 10 клеток, что позволяет достаточно легко убедиться, что Duty cycle составляет 10%. При пользовании реальным осциллографом длительность развертки выбирается примерно также.

Измерение напряжения прямоугольного импульса

Как было сказано в начале статьи, осциллограф измеряет напряжение, т.е. разность потенциалов между двумя точками. Обычно измерения проводятся относительно общего провода, земли (ноль вольт), хотя это необязательно. В принципе возможно измерение от минимального до максимального значения сигнала (пиковое значение, размах). В любом случае действия по измерению достаточно просты.

Прямоугольные импульсы чаще всего бывают однополярными, что характерно для цифровой техники. Как измерить напряжение прямоугольного импульса, показано на рисунке 11.

Рисунок 11. Измерение амплитуды прямоугольного импульса

Если чувствительность канала вертикального отклонения выбрана 1В/дел, то получается, что на рисунке показан импульс с напряжением 5,5В. При чувствительности 0,1В/дел. Напряжение будет всего 0,5В, хотя на экране оба импульса выглядят совершенно одинаково.

Что еще можно увидеть в прямоугольном импульсе

Прямоугольные импульсы, показанные на рисунках 9, 10 просто идеальные, поскольку синтезированы программой Electronics WorkBench. Да и частота импульсов всего 100Гц, поэтому проблем с «прямоугольностью» изображения возникнуть не может. В реальном устройстве при высокой частоте следования импульсы несколько искажаются, прежде всего, появляются различные выбросы и всплески, обусловленные индуктивностью монтажа, как показано на рисунке 12.

Рисунок 12. Реальный прямоугольный импульс

Если не обращать внимания на подобные «мелочи», то прямоугольный импульс выглядит так, как показано на рисунке 13.

Рисунок 13. Параметры прямоугольного импульса

На рисунке показано, что передний и задний фронты импульса возникают не сразу, а имеют какое-то время нарастания и спада, несколько наклонены относительно вертикальной линии. Этот наклон обусловлен частотными свойствами микросхем и транзисторов: чем более высокочастотный транзистор, тем менее «завалены» фронты импульсов. Поэтому длительность импульса определяется по уровню 50% от полного размаха.

По этой же причине амплитуда импульса определяется по уровню 10…90%. Длительность импульса, так же, как и напряжение, определяется умножением числа делений горизонтальной шкалы на значение деления, как показано на рисунке 14.

На рисунке показан один период прямоугольного импульса, несколько отличного от меандра: длительность положительного импульса составляет 3,5 деления горизонтальной шкалы, а длительность паузы 3,8 деления. Период следования импульса составляет 7,3 деления. Такая картинка может принадлежать нескольким разным импульсам с различной частотой. Все будет зависеть от длительности развертки.

Предположим, что длительность развертки 1мс/дел. Тогда период следования импульса 7,3*1=7,3мс, что соответствует частоте F=1/T=1/7.3= 0,1428КГц или 143ГЦ. Если длительность развертки будет 1мкс/дел, то частота получится в тысячу раз выше, а именно 143КГЦ.

Пользуясь данными рисунка 14 нетрудно подсчитать скважность импульса: S=T/τ=7,3/3,5=2,0857, получается почти, как у меандра. Коэффициент заполнения Duty cycle D=τ/T=3,5/7,3=0,479 или 47.9%. При этом следует обратить внимание, что эти параметры ни в коем случае не зависят от частоты: скважность и коэффициент заполнения были подсчитаны просто по делениям на осциллограмме.

С прямоугольными импульсами все вроде бы понятно и просто. Но мы совсем забыли о синусоиде. В сущности, там то — же самое: можно измерить напряжения и временные параметры. Один период синусоиды показан на рисунке 15.

Рисунок 15. Параметры синусоиды

Очевидно, что для показанной на рисунке синусоиды чувствительность канала вертикального отклонения составляет 0,5В/дел. Остальные параметры нетрудно определить умножив число делений на 0,5В/дел.

Синусоида может быть и другой, которую придется измерять при чувствительности, например, 5В/дел. Тогда вместо 1В получится 10В. Однако, на экране изображение обеих синусоид выглядит абсолютно одинаково.

Временные параметры показанной синусоиды неизвестны. Если предположить, что длительность развертки 5мс/дел., период составит 20мс, что соответствует частоте 50ГЦ. Цифры в градусах на оси времени показывают фазу синусоиды, хотя для одиночной синусоиды это не особо важно. Чаще приходится определять сдвиг по фазе (непосредственно в миллисекундах или микросекундах) хотя бы между двумя сигналами. Лучше всего это делать с помощью двухлучевого осциллографа. Как это делается, будет показано чуть ниже.

Как осциллографом измерить ток

В некоторых случаях требуется измерение величины и формы тока. Например, переменный ток, протекающий через конденсатор, опережает напряжение на ¼ периода. Тогда в разрыв цепи включают резистор с небольшим сопротивлением (десятые доли Ома). На работу схемы такое сопротивление не влияет. Падение напряжения на этом резисторе покажет форму и величину тока, протекающего через конденсатор.

Примерно так же устроен обычный стрелочный амперметр, который включатся в разрыв электрической цепи. При этом измерительный резистор находится внутри самого амперметра.

Схема для измерения тока через конденсатор показана на рисунке 16.

Рисунок 16. Измерение тока через конденсатор

Синусоидальное напряжение частотой 50 Гц амплитудой 220 В с генератора XFG1 (красный луч на экране осциллографа) подается на последовательную цепь из конденсатора C1 и измерительного резистора R1. Падение напряжения на этом резисторе покажет форму, фазу и величину тока через конденсатор (синий луч). Как это будет выглядеть на экране осциллографа, показано на рисунке 17.

Рисунок 17. Ток через конденсатор опережает напряжение на ¼ периода

При частоте синусоиды 50 Гц и развертке 5 ms/Div один период синусоиды занимает 4 деления по оси X, что очень удобно для наблюдения. Нетрудно видеть, что синий луч опережает красный ровно на 1 деление по оси X, что соответствует ¼ периода. Другими словами ток через конденсатор опережает по фазе напряжение, что полностью соответствует теории.

Чтобы рассчитать ток через конденсатор достаточно воспользоваться законом Ома: I = U/R. При сопротивлении измерительного резистора 0,1Ом падение напряжения на нем 7мВ. Это амплитудное значение. Тогда максимальный ток через конденсатор составит 7/0,1=70мА.

Измерение формы тока через конденсатор не является какой-то очень актуальной задачей, тут все ясно и без измерений. Вместо конденсатора может быть любая нагрузка: катушка индуктивности, обмотка электродвигателя, транзисторный усилительный каскад и многое другое. Важно, что именно таким методом можно исследовать ток, который в некоторых случаях значительно отличается по форме от напряжения.

Любите умные гаджеты и DIY? Станьте специалистом в сфере Internet of Things и создайте сеть умных гаджетов!

Записывайтесь в онлайн-университет от GeekBrains:

Изучить C, механизмы отладки и программирования микроконтроллеров;

Получить опыт работы с реальными проектами, в команде и самостоятельно;

Получить удостоверение и сертификат, подтверждающие полученные знания.

Starter box для первых экспериментов в подарок!

После прохождения курса в вашем портфолио будет: метостанция с функцией часов и встроенной игрой, распределенная сеть устройств, устройства регулирования температуры (ПИД-регулятор), устройство контроля влажности воздуха, система умного полива растений, устройство контроля протечки воды.

Читайте также:  Константа скорости реакции второго порядка имеет единицы измерения

Вы получите диплом о профессиональной переподготовке и электронный сертификат, которые можно добавить в портфолио и показать работодателю.

Источник

Как измерить пилообразный сигнал

гармоническая составляющая, период которой равен периоду негармонического сигнала, называется первой или основной гармоникой сигнала. Все остальные составляющие называются высшими гармоническими составляющими. Гармоника, частота которой в k раз больше первой гармоники (а период, соответственно, в k раз меньше) , называется k — ой гармоникой.

Гармоники УКВ ЧМ (FM) передатчиков лежат далеко за пределами вещательного диапазона 87,5 — 108 МГц. К примеру. Вторая гармоника, это частоты от 175 до 216 МГц, Третья гармоника — от 262,5 до 324 МГц. И так далее, по формуле (87,5 …108) х N Где N — номер гармоники.

по-русски — это повторение сигнала (возможно и неоднократное) выше или ниже основной частоты передачи. связано с особенностями преобразования сигнала с применением ПЧ — промежуточных частот. Допустим, модулируется сигнал частотой в 1 мГц и промежуточная 565 кГц. На выходе образуются уже 2 частоты: 1565 кГц (верхняя) и 445 кГц (нижняя) . Нижнюю давим, верхнюю излучаем. плохо давим — будут слышны обе. ПЧ может быть и двойное и тройное, соотв-но и гармоник — до хрена, они еще между собой складываются и в приемнике свист и вой.. .

Любую функцию можно представить в виде суммы членов бесконечной последовательности. Каджый n-ный член такой последовательности представляет собой уравнение синусоидальной функции, и называется n-ной гармоникой (или по простому — составляющей).

В математике есть такое направление-гармонический анализ. Базируется он на теореме Фурье-согласно которой, любую периодическую функцию можно представить в виде суммы гармонических (синусоидальных) функций кратного периода. Т. е. любой периодический сигнал представляется суммой синусоидальных сигналов различной амплитуды и частотой кратной основной (больше в 2,3,4….n) раз. Эти сигналы и называются гармониками. Когда говорят о наличии гармоник, это значит что форма сигнала отличается от синусоиды.

Войдите, чтобы написать ответ

Пилообразный сигнал

Пилообразный сигнал доходит до напряжения 2 / 3UKK, затем быстро спадает ( разряд происходит через внутренний разряжающий и-р-и-транзистор схемы 555, контакт 7) до напряжения 1 / 3UKK, далее цикл начинается снова. Отметим, что этот сигнал пилообразной формы выделяется на выводе конденсатора и необходимо обеспечить его развязку с помощью ОУ, который обладает высоким полным сопротивлением. [2]

Пилообразный сигнал задерживающего генератора , поступая на компаратор, позволяет устанавливать необходимую задержку развертки, изменяя опорное напряжение. Регулируя задержку, совмещают границы измеряемого участка осциллограммы с удобной вертикальной линией шкалы, фиксируя по шкале регулятора опорного напряжения мгновенные значения напряжения пилообразного сигнала задерживающего генератора, которые соответствуют началу ( D) и концу ( t / 2) измеряемого участка осциллограммы. [4]

Осциллограмма периодического пилообразного сигнала s ( t) приведена на рис. 1.2.5. Получите выражения для коэффициентов Сп комплексного ряда Фурье. [5]

Генератор вырабатывает непрерывные положительные пилообразные сигналы с диапазоном частот от 15 гц до 300 кгц. Диапазон триггерных частот составляет 25 гц 50 кгц; длительность развертки 10 — -, н — 10 000 мксек. Триггерные импульсы имеют максимальную амплитуду 35 в пикового значения с положительной или отрицательной полярностью.

Амплитудный спектр сигнала. Амплитудно-частотная характеристика (АЧХ).

Он генерирует непрерывные и пусковые пилообразные сигналы и выдает отметки амплитуды и времени, обеспечивая тем самым проведение разнообразных испытаний и измерений, выходящих за пределы обычной области применения осциллографов. [7]

Поскольку размах пилообразного сигнала неизменен при любом значении Тп, то значениям 0ЗГП и 0 8ГП соответствуют одни и те же значения иц. Сигнал на выходе компаратора возникает в том случае, если мгновенное значение пилообразного напряжения превышает опорный уровень. Контрольные импульсы с выхода компараторов поступают на две логические ячейки И. Измерительный импульс с устройства синхронизации подается на те же ячейки. В зависимости от его длительности на выходах ячеек И могут быть либо единичные, либо нулевые сигналы. Эти сигналы поступают на два триггера, которые осуществляют хранение полученной информации. [8]

Генератор должен вырабатывать пилообразные сигналы с крутизной 10 в / сек и длительностью 10 мксек. Напряжения источников питания составляют 300 в и — 200 я, а частота повторения пилообразного напряжения должна быть равна 1 кгц. [9]

Принято, что пилообразный сигнал в каждом периоде начинается с нуля в момент прихода очередного тактового импульса. [11]

Повторите эксперимент, заменив синусоиду на пилообразный сигнал , а также на прямоугольные импульсы. [12]

Когда на вход усилителя Л поступает пилообразный сигнал генератора Б, уровень напряжения на выходе транзистора ТЗ низкий, диоды ДЮ и Д12 проводят, потенциал на их анодах, а следовательно, и на затворах полевых транзисторов Т4 и Т5 примерно равен 0 5 В. [14]

Этот частотный спектр немногим лучше спектра пилообразного сигнала ( с сигналами такого вида встречаются в электронике), сравниться с которым по шум-ности не может ни один двигатель, даже созданный самым злонамеренным проектировщиком. [15]

Страницы: 1 2 3 4 5

Если сигнал периодический с частотой следования f, то частоты, составляющие этот сигнал, кратны f, то есть f, 2f, 3f, 4f и т.д.

что такое гармоника сигнала.

Эти частоты называются гармониками. Первая гармоника есть f, вторая гармоника — 2f, третья гармоника — 3f, и так далее. Первую гармонику, f, часто называют основной частотой (fundamental frequency).

Пример гармоник. Ассиметричное искажение, показанное в (с), вызывают четные и нечетные гармоники (d), Симметричные искажения, показанные в (е), приводят только к четным гармоникам (f).

На рисунке 11-7 показан пример гармоник. Рисунок (а) чистая синусоида, (b) – ее ДПФ, одиночный пик. В (с) синусоида искажена в верхней части. В (d) показан результат этого искажения в частотной области. Так как искаженный сигнал периодический с той же самой частотой, как и исходный, частотная область состоит из того же пика плюс гармоники. Гармоники могут быть любой амплитуды, однако они обычно становятся меньше с увеличением их частоты. Как и для любого сигнала, резкие края приводят к высоким частотам. Например, рассмотрим обычный генератор квадратных волн частотой 1 кГц на элементах ТТЛ логики. Резкий подъем за несколько наносекунд даст гармоники около 100 МГц, десять тысяч гармоник!

Рисунок (е) демонстрирует тонкий гармонический анализ. Если сигнал симметричен относительно горизонтальной оси, то есть верхние лепестки есть зеркальное отражение нижних лепестков, то все четные гармоники будут равны нулю. Как показано в (f), сигнал состоит из основной частоты, третьей гармоники, пятой гармоники и т.д.

Наложение гармоник. Рисунки (а) и (b) показывают искажение синусной волны и ее частотный спектр, соответственно. Гармоник выше, чем 0,5, будут накладываться между 0 и 0,5. Рисунок (с) показывает частотный спектр в логарифмическом масштабе, вскрывая множество пиков наложения с очень маленькой амплитудой.

Все непрерывные периодические сигналы могут быть представлены суммой гармоник, как было описано. Дискретные периодические сигналы имеют проблему, которая нарушает это простое отношение. Как вы, возможно, догадались проблема в наложении. Рисунок 11-8а показывает синусную волну, искаженную в верхней части так же, как был искажен предыдущий сигнал. Этот сигнал выглядит менее регулярным и сглаженным чем в предыдущем примере, поскольку синусная волна имеет много более высокую частоту, что дает всего несколько отсчетов на цикл. Рисунок (b) показывает частотный спектр этого сигнала. Как и ожидается, вы можете определить основную частоту и гармоники. Этот пример показывает, что гармоники могут простираться до частот много больше, чем 0,5 частоты дискретизации, и накладываться между 0 и 0,5. Вы не заметите их в (b) потому, что амплитуды их слишком малы. Рисунок (с) показывает частотный спектр в логарифмическом масштабе, демонстрируя наложение этих малых пиков. На первый взгляд этот спектр выглядит похожим на случайный шум. Но это не так, это результат перекрытия многих гармоник при их наложении.

Читайте также:  Измерение сопротивления заземляющих устройств воздушных линий

Важно понимать, что этот пример предполагает искажение сигнала после того, как он был представлен в цифровом виде. Если это искажение происходит с аналоговым сигналом, вы можете удалить ненужные гармоники антиэлайзинговым фильтром перед оцифровкой.

Гармоники наложения являются проблемой только тогда, когда нелинейные операции выполняются непосредственно над дискретным сигналом. Даже в этом случае амплитуда этих гармоник наложения достаточно мала, и их можно игнорировать.

Концепция гармоник так же полезна по другой причине: она объясняет, почему ДПФ рассматривает временную и частотную области как периодические. В частотной области N-точечное ДПФ состоит из N/2+1 равномерно расположенных частот. Вы можете рассматривать частоты между этими отсчетами как (1) имеющими нулевую величину или (2) не существующими. В любом случае они не вносят вклад в синтез сигнала временной области. Другими словами, дискретный частотный спектр состоит из гармоник, а не из непрерывного уровня частот. Это требует, что бы сигнал временной области был периодический с частотой равной самой низкой частоте из синусоид в частотной области, то есть основной частоте. Пренебрегая величиной постоянного тока (DC), самая низкая частота, представленная в частотной области, делает один полный цикл колебаний каждые N отсчетов, что делает период временной области равной N. Другими словами, если одна область дискретная, другая должна быть периодической, и наоборот. Это имеет силу для всех четырех членов семейства преобразования Фурье. Поскольку ДПФ рассматривает обе области как дискретные, то их необходимо рассматривать и как периодические.

Отсчеты в каждой области представляют гармоники периода противоположной области.

Прямоугольный сигнал

Прямоугольные сигналы с выхода триггера подаются на усилительную приставку, которая представляет собой трехкаскадный усилитель на полупроводниковых триодах. В коллектор выходного триода непосредственно включаются электромагниты исполнительных устройств. [1]

Прямоугольный сигнал управляет двумя преобразователями, включенными в противофазе. [2]

Прямоугольный сигнал с максимальной величиной а на входе ограничителя дает на выходе прямоугольный же сигнал с максимальной величиной с. Следовательно, коэффициент усиления равен с / а, если это число меньше единицы, и равен единице, если а меньше с.

Гармонический сигнал

При этом постоянная составляющая отсутствует. [3]

Прямоугольным сигналом можно проверить усилитель покаскадно и снять общую характеристику. Этот метод быстрее других, так как испытания проводятся только на двух частотах. Он более чувствителен к небольшим изменениям в характеристиках, легко обнаруживает фон, моторные шумы или паразитную модуляцию, позволяет легко налаживать компенсирующие цепи и проверять работу регуляторов тембра. Но проверка этим методом носит только приближенный качественный характер без определения количественных соотношений. [4]

На низкочастотный прямоугольный сигнал накладываются остроконечные импульсы или выбросы напряжения, т.е. возникают высшие гармоники, которые обусловливают появление помех. Если же мы рассмотрим диаграмму на рис. 4.5, то можно сделать вывод о том, что емкость триммера занижена. В этом случае происходит интегрирование сигнала или заваливание передних фронтов импульсов. [6]

Помимо импульсного прямоугольного сигнала , имеющего определенную длительность, существуют сигналы в виде скачков и пиков. В первом случае используется лишь часть импульсного сигнала ( один перепад напряжения), а во втором — импульс малой длительности с относительно пологими фронтами. Прямоугольные импульсы и перепады напряжения широко используются в цифровой электронике. В цифровом электронном устройстве информация обрабатывается и передается в виде определенных ( высокого и низкого) логических уровней, которые определяются заранее известными величинами напряжений. [7]

Импульсы и прямоугольные сигналы широко используются в цифровой электронике. В цифровой схеме состояние любой точки в любой момент времени определяют заранее известные уровни напряжения. Эти уровни называют просто ВЫСО-КИЙ и НИЗКИЙ. Они соответствуют значениям ложь ( 0) и истина ( 1) булевой алгебры логики, которая имеет дело с переменными, принимающими эти значения. [8]

ГУН вырабатывает прямоугольный сигнал . Управляющее напряжение, поступающее с выхода интегратора, поддерживает период выходного сигнала ГУН равным 2Туз / 16, где Туз — время распространения ультразвука через продуктопровод. [9]

Импульсы и прямоугольные сигналы широко используются в цифровой электронике. В цифровой схеме состояние любой точки в любой момент времени определяют заранее известные уровни напряжения. Эти уровни называют просто высокий и низкий. Они соответствуют значениям ложь ( 0) и истина ( 1) булевой алгебры логики, которая имеет дело с переменными, принимающими эти значения. [10]

Основная частота прямоугольного сигнала должна быть равна ( или несколько ниже) самой низкой частоты диапазона усилителя. Например, частота 50 гц может использоваться для контроля диапазона от 50 до 5 000 гц. [12]

Скругление формы прямоугольных сигналов , создаваемых телеграфным аппаратом, осуществляется включением в цепь постоянного тока простых нч фильтров. [14]

Амплитудный модулятор прямоугольного сигнала ( рис. 7.16) работает в широком диапазоне частот. Сигнал с модулирующей частотой поступает в базу транзистора VT1, работающего в линейном режиме. Транзисторы VT2 и VT3 работают в дискретном режиме и переключаются с частотой несущего сигнала. [15]

Страницы: 1 2 3 4

Классификация сигналов

РАДИОТЕХНИЧЕСКИЕ СИГНАЛЫ

Информация – не материя и не энергия, поэтому для ее фиксации и передачи необходим материальный носитель – агент. Информация принудительно изменяет агент – модулирует его, после чего он становится материальным носителем информации – сообщением, сигналом. Таким образом, сигнал s(t) – процесс изменения во времени физического состояния какого-либо агента. В радиоэлектронике агентом служат электрические процессы и электромагнитные волны.

Сигналы, применяемые в радиоэлектронике, весьма разнообразны. Их разновидности можно классифицировать по следующим признакам.

1. По предсказуемости мгновенных значений в любые моменты времени различают сигналы детерминированные и случайные. У детерминированных сигналов мгновенные значения предсказуемы точно, т.е. значение сигнала в любой момент времени наперед известно. Мгновенное значение случайного сигнала предсказуемо с некоторой вероятностью.

2. По роли в передаче информации сигналы разделяются на полезные, те, которые несут интересующую нас информацию, и мешающие (шумовые помехи, сигналы несущие другую информацию).

3.По форме описания выделяют аналоговые и дискретные сигналы. Непрерывные (аналоговые) сигналы это те сигналы, которые описываются непрерывной функцией в заданном интервале изменения их мгновенных значений. Дискретными сигналами называются сигналы, которые принимают определенные значения в некоторые фиксированные моменты времени с некоторым шагом дискретизации.

Особую разновидность дискретных сигналов представляют цифровые сигналы. Они характеризуются тем, что каждому из множества взятых в фиксированные моменты времени с некоторым шагом дискретизации отсчетных значений аналогового сигнала ставится в соответствие число с ограниченным количеством разрядов.

Сигналы, которые описываются тригонометрическими функциями или называются гармоническими.

Ci-Bi.com Форум любительской радиосвязи

Гармонический сигнал можно представить в виде

,

где – амплитуда; – круговая частота; – начальная фаза; – полная фаза (фазовый угол). Круговая частота связана с циклической частотой и периодом колебания соотношением .

Гармонические сигналы обладают замечательным свойством: результирующее колебание при линейных операциях – алгебраическом сложении любого числа гармонических колебаний одинаковой частоты, дифференцировании, интегрировании – есть гармоническое колебание той же частоты. Это свойство объясняет широкое применение гармонических сигналов в измерительной аппаратуре в качестве тестовых.

Техника определения параметров результирующего колебания значительно упрощается, если при описании гармонического сигнала вещественную тригонометрическую функцию заменить комплекснозначной экспоненциальной функцией. Вещественному сигналу ставится в соответствие комплексный сигнал:

,

где – мнимая единица; – комплексная амплитуда колебания. Она содержит информацию об амплитуде колебания и о его начальной фазе. Множитель описывает временную зависимость колебания.

Поскольку при всех линейных операциях частота гармонического сигнала сохраняется и всегда известна, то остается анализировать только изменения, которые претерпевают амплитуда и фаза сигнала.

Для наглядности часто мгновенные значения комплексных амплитуд сигналов и результат их линейного преобразования изображают векторами на комплексной плоскости. Такое представление называется векторной диаграммой.

Представление гармонического сигнала в комплексной форме составляет основу метода комплексных амплитуд, который широко используется в радиотехнике и электротехнике при анализе линейных цепей.

Дата добавления: 2014-11-16; Просмотров: 2288; Нарушение авторских прав?;

Источник