Виды электрических сигналов

Постоянный ток, является постоянно действующим электрическим сигналом.Постоянный ток (напряжение), или постоянный сигнал – не изменяющийся по амплитуде и по знаку в течение продолжительного времени электрический сигнал. Источниками постоянного тока служат обычные гальванические элементы — батарейки, аккумуляторы, вторичные источники питания – адаптеры различных бытовых приборов, блоки питания, вмонтированные в различную аппаратуру. Привожу простейшую схему питания постоянным током и его временной (ударение ставить на «о») график (рис.1):

   Рисунок 1

 На схеме изображены: Gb – гальваническая батарея и R – сопротивление нагрузки (сигнальная лампа). Понятие постоянный сигнал используется, как правило, в элементах автоматики и цифровой логики и обозначает наличие, или отсутствие напряжения на входе, или выходе какого либо устройства. Состоянию «высокий уровень», или «логическая единица» (участок 3-4) соответствует наличие сигнала. Состоянию «низкий уровень», или «логический ноль» (участки 1-2 и 5-6) соответствует отсутствие сигнала.

К кратковременным сигналам относят: импульсы различной формы и пачки импульсов.

Импульс – это кратковременный сигнал. Импульс может иметь различную амплитуду I(U), длительность (τ) и форму, вплоть до хаотичной. Все эти параметры определяются источником этого импульса и элементами (электрической цепью) через которую он проходит, изменяясь при этом. На рисунке 2 изображена простейшая схема получения прямоугольного импульса и временной график одиночного прямоугольного импульса.

 На схеме изображены: Gb – гальваническая батарея, S – выключатель, R – сопротивление нагрузки (сигнальная лампа). На временном графике показан действующий ток (напряжение) в различные временные отрезки: — участок 1-2 когда S выключен – тока нет; — участок 2-3 – в момент включения S – ток резко нарастает; — участок 3-4 когда S включен – ток имеет постоянную величину, этот участок графика имеет свойство постоянного тока; — участок 4-5 – в момент выключения S – ток резко уменьшается; — участок 5-6 когда S выключен — тока нет.

Импульс, у которого длительность стремится к нулю, называется гамма-импульс. Объясню проще, гамма-импульс – это участок 2-3 – в момент включения выключателя S на рисунке 2. Выглядит гамма-импульс следующим образом:

Рисунок 3: Гамма-импульс

 Источником гамма-импульса может быть любое замыкание электрической цепи, в результате которого происходит искровой разряд. Это может быть: природная молния, искра, возникающая при включении и выключении электроприборов, искра от коллектора работающего щёточного двигателя, или замыкающихся (размыкающихся) контактов реле. — в инфракрасном, в видимом, в ультрафиолетовом;В радио спектре: — во всех диапазонах радиоволн;В звуковом диапазоне: — на высоких и средних частотах, а с уменьшением частоты (где этим можно пренебречь), амплитуда гамма-импульса уменьшается до нуля. Такое свойство гамма-импульса, назвали «белый шум». Другими словами говорят: Гамма-импульс имеет спектр частот «белого шума». Возьмите в руки радиоприёмник и встаньте недалеко от работающего сварщика. В моменты образования искры между электродом и свариваемым материалом, Вы увидите искру, кроме того, Вы услышите в приёмнике гул, забивающий сигнал от радиостанции, не зависимо от того, на какую частоту приёмник настроен, но ещё Вы едва услышите слабый звук шипения. Сварщик пользуется маской для того, чтобы не сжечь сетчатку глаз мощным ультрафиолетовым светом, исходящим от сварочной дуги. Гамма-импульс так же является источником радиации. В зависимости от источника гамма-импульса, амплитуда его спектра в различных диапазонах частот так же различна, в том числе различно и воздействие на человека. Ведь человек не «облучается» радиацией от выключателя в комнате, или сварщик от своего сварочного аппарата. Гамма-импульс тем больше выражен, чем больше его амплитуда и меньше сопротивление нагрузки. При этом его длительность максимально стремится к нулю, а частотный диапазон расширяется.

Рисунок 4: Спектр Гамма-импульса – «Белый шум»

 Известный всем Трансформатор Тесла работает благодаря гамма-импульсу. Если бы не было гамма-импульса в природе, то не было и самого Трансформатора Тесла. Моё личное мнение о возможности существования Водородного генератора Мэйера основывается так же на эффекте гамма-импульса, но это, я излагаю в другом разделе и статье.

Пачка импульсов – это серия импульсов, следующих друг за другом с установленными промежутками времени. В пачке, могут различаться как сами импульсы (по форме, амплитуде, длительности), так и промежутки времени их следования. Дистанционное управление различными радиоустройствами, как правило, производится сигналами, представляющими из себя пачки импульсов. Это пульты дистанционного управления телевизорами, другими бытовыми приборами, автомобильной сигнализацией, а так же более сложными устройствами.

Виды простых периодических сигналов

1. Переменный ток (напряжение) – изменяющийся по амплитуде и по знаку с определённым периодом T (частотой — ƒ). Обычно переменным током называют — синусоидальный ток. Все другие виды, которые мы рассмотрим ниже, это тоже переменный ток, но они имеют другие специфические названия. Источниками переменного синусоидального тока являются силовые генераторы различных типов и мощности на электростанциях, источники бесперебойного питания компьютеров, которые преобразуют постоянный ток аккумуляторных батарей в переменный ток. Переменный ток, а правильнее – переменное напряжение 220 вольт частотой ƒ = 50 Гц имеется в электрической розетке в каждом доме, если конечно дом не в пещере или глухом лесу. Привожу простейшую схему питания переменным током и его временной график:

 На схеме: Е – генератор переменного тока. Как видно на графике, переменный ток можно охарактеризовать следующими параметрами: Амплитуда тока I – определяемого нагрузкой, амплитуда напряжения U и частота ƒ. Для всех видов переменного (периодически изменяющегося) тока имеется величина обратная частоте, её называют период T. Период связан с частотой простым выражением:

T = 1 / ƒ

К периодическим сигналам относят все ниже следующие виды сигналов и их разновидности. Источниками этих видов сигналов могут быть специальные генераторы или преобразователи.

2. Периодический прямоугольный сигнал – это сигнал, имеющий прямоугольную форму составляющих его импульсов, амплитуда которых постоянна (одинакова). Частота повторения импульсов ƒ периодического прямоугольного сигнала так же постоянна. Привожу временной график периодического прямоугольного сигнала:

Рисунок 6: Прямоугольный периодический сигнал

 Кроме параметров характеризующих синусоидальный сигнал, прямоугольный сигнал характеризуется показателем – скважность импульсов (S) – это показатель, характеризующий отношение длительности импульсов к длительности их отсутствия.

3. Меандр – периодический сигнал прямоугольной формы, длительность импульса и длительность паузы которого в периоде равны. Другими словами, меандр — периодический прямоугольный сигнал со скважностью, равной 2. Все показатели, характеризующие прямоугольный сигнал, подходят и к Меандру. Привожу временной график меандра:

 Рисунок 7: Меандр

  4. Пилообразный сигнал – это сигнал, имеющий пилообразную форму составляющих его импульсов, амплитуда и частота следования импульсов, которого постоянна. Привожу временной график пилообразного сигнала:

Рисунок 8: Пилообразный сигнал

 Как и прямоугольный сигнал, пилообразный характеризуется показателями – амплитуда импульсов и частота следования (период следования) импульсов. Самое известное распространение пилообразного сигнала это – генераторы развёрток телевизоров и осциллографов с применением кинескопа (электровакуумной трубки).

5. Трапециевидный сигнал – это сигнал, импульсы которого имеют форму трапеции, амплитуда и частота следования импульсов, которого постоянна. Привожу временной график трапециевидного сигнала:

Рисунок 8: Трапециевидный сигнал

Источник: http://www.meanders.ru

Что такое электрический сигнал и с чем его едят? Давайте обсудим в этой статье.

Что такое сигнал?

Сигнал –  это что-то такое, что можно передать через пространство и время. Итак, какие условия должны быть, чтоб назвать сигнал “сигналом”?

Во-первых, сигнал должен кем-либо создаваться (генерироваться).

Во-вторых, сигнал должен для кого предназначаться.

В-третьих, кто-то должен принять этот сигнал и сделать для себя какие-либо выводы, то есть правильно трактовать сигнал.

Окунемся в Дикий Запад.

Думаю, не секрет, что индейцы разжигали костер, и дым от костра использовался для передачи сигнала. Значит, в нашем случае костер – генератор сигнала. Итак, первый пункт работает). Для кого же был предназначен дым от костра? Для ковбоев? Конечно же нет! Для своих же индейцев. Значит, работает пункт два. Ну ладно, вы увидели два столба дыма, возвышающихся в небо. Вам это что-то говорит? Кто-то, наверное, жарит шашлыки? Может быть. Но если вы подойдете к этим кострам, то шашлык сделают именно из вас). Для индейцев эти два  столба дыма означали, что их отряд благополучно поохотился на ковбоев ;-). Ну вот и выполнилось третье правило ;-).

Электрический сигнал

Но что же из себя представляет электрический сигнал? Терзают меня смутные сомнения, что где-то здесь замешан электрический ток :-). Чем характеризуется электрический ток? Ну конечно же, напряжением и силой тока. Самое примечательное, что электрический ток очень удобно передавать через пространство с помощью проводов. В этом случае его скорость распространения будет равна скорости света. Хотя и электроны в проводнике движутся со скоростью всего несколько миллиметров в секунду, электрические поле охватывает сразу весь провод со скоростью света! А как вы помните, скорость света равна 300 000 километров в секунду! Поэтому, электрон на другом конце провода практически сразу придет в движение.

Передача электрических сигналов

Итак, для передачи сигнала через пространство мы будем использовать провода. Чуть выше мы разобрали условия возникновения сигнала. Значит, первым делом, нам нужен генератор этих сигналов! То есть это может быть какая-либо батарея или схемка, которая бы генерировала  электрический ток. Далее, должен быть кто-то, кто бы принимал этот сигнал. Это может быть какая-нибудь нагрузка, типа лампочки, нагревательного элемента или целой схемы, которая бы принимала этот сигнал. Ну и в-третьих, нагрузка должна как-то среагировать на этот сигнал. Лампочка должна источать свет, нагревательный элемент – греться, а схема исполнять какую-либо функцию.

Как вы поняли из всего выше сказанного, главный козырь сигнала – это его генератор. Итак, как мы уже разобрали, по проводам можно передавать два параметра электрического тока – это напряжение и сила тока. То есть мы можем создать  генератор, который бы менял или свое напряжение или силу тока в нагрузке, которая бы цеплялась через провода к этому генератору. В основном в электронике используют именно параметр “напряжение”, так как напряжение легко получить и менять его значение.

Время и электрический сигнал

Как я уже сказал, сигнал передается во времени и в пространстве. То есть время – важный параметр для электрического сигнала. Сейчас нам придется немного попотеть и вспомнить курс математики и физики за среднюю школу. Вспоминаем декартову систему координат. Как вы помните, по вертикали мы откладывали ось Y, по горизонтали Х:

В электронике и электротехнике по Х мы откладываем время, назовем его буквой t, а по вертикали мы отложим напряжение, обозначим его буквой U. В  результате наша система координат будет выглядеть вот таким образом:

Прибор, который показывает нам изменение напряжения во времени называется осциллографом, а график этого напряжения называется осциллограммой. Осциллограф может быть цифровым:

или аналоговым:

Виды электрических сигналов

Постоянный ток

Какой же электрический сигнал является самым простым сигналом в электронике? Я думаю, это сигнал постоянного тока. А что значит постоянный ток? Это ток, значение напряжения которого не меняется с течением времени.Как же он выглядит на нашем графике? Примерно вот так:

Здесь мы видим сигнал постоянного тока в 3 вольта.

По вертикали у нас напряжение в вольтах, а по горизонтали –  ну, скажем, в секундах. Постоянный ток с течением времени всегда имеет одно и то же значение напряжения, поэтому, неважно, в секундах или в часах у нас идет отсчет по времени. Напряжение ни прыгнуло, ни упало. Оно как было 3 Вольта, так и осталось. То есть можно сказать, что сигнал постоянного тока представляет из себя прямую линию, параллельную оси времени t.

Какие же генераторы электрического тока могут выдать такой сигнал постоянного напряжения?

Это, конечно же различные батарейки

аккумуляторы для мобильного телефона

для ноутбука

автомобильные аккумуляторы

и другие химические источники тока.

В лабораторных условиях проще получить постоянное напряжение из переменного. Прибор, который это умеет делать, называется лабораторным блоком питания постоянного напряжения.

Шумовой сигнал или просто шум

А что будет, если напряжение будет принимать хаотическое значение? Получится что-то типа этого:

Такой электрический сигнал называется шумом.

Думаю, некоторые из вас впервые видят  осциллограмму шума, но я уверен на 100%, что все слышали звучание этого сигнала ;-). Ну-ка нажмите на Play 😉

Синусоидальный сигнал

Синусоидальный сигнал – самый любимый сигнал среди электронщиков.

Все любят качаться на качелях?

Здесь мы видим девочку, которая с радостью на них качается. Но предположим, она не знает фишку, что можно раскачаться самой, вовремя сгибая и разгибая ноги. Поэтому, пришел папа девочки и толкнул дочку вперед.

Как вы видите, траектория движения девочки во времени получилась очень забавной. Такой график движения носит название “синусоида“. В электронике такой сигнал называют синусоидальным. Вроде бы до боли самый простой график, но вы не поверите, именно на такой простой синусоиде строится вся электроника. 

Так как синусоидальный сигнал повторяет свою форму на протяжении всего времени, то его можно назвать периодическим. То есть вы периодически обедаете – периодами – равными отрезками времени. Тут то же самое. Этот сигнал периодически повторяется. Важные параметры периодических сигналов – это амплитуда, период и частота.

Амплитуда (A) – максимальное отклонение напряжения от нуля и до какого-то значения.

Период (T) – время, за которое сигнал снова повторяется. То есть если вы сегодня обедаете в 12:00, завтра тоже в такое же время, в 12:00, и послезавтра тоже в это же самое время, значит ваш обед идет с периодом в 24 часа. Все элементарно и просто 😉

Частота (F) – это просто единичка, поделенная на период, то есть

Измеряется в Герцах. Объясняется как “столько-то колебаний в секунду”. Ну пока для начала хватит ;-).

Прямоугольный сигнал

Очень часто в электронике используется и прямоугольный сигнал:

Прямоугольный сигнал на рисунке ниже, где время паузы и время длительности сигнала равны, называется меандром.

Треугольный сигнал

Близкие друзья синусоидального сигнала – это треугольный сигнал

У треугольного сигнала есть очень близкий кореш – это пилообразный сигнал

Сложный сигнал

В электронике также используются сложные сигналы. Вот, например, один из них (я нарисовал его от балды):

Все эти сигналы относятся к периодическим сигналам, так как для них можно указать период, частоту следования и амплитуду самих сигналов:

Двухполярные сигналы

Для сигналов, которые “пробивают пол”, ну то есть могут иметь отрицательное значение напряжения, типа вот этих сигналов

кроме периода и амплитуды имеют еще один параметр. Называется он размах или двойная амплитуда. На буржуйском языке это звучит как amplitude Peak-to-peak, что в дословном переводе ” амплитуда от пика до пика”.

а вот для треугольного сигнала:

Чаще всего обозначается как 2А, что говорит нам о том, что это двойная амплитуда сигнала.

Импульсные сигналы

Также существуют сигналы, которые не подчиняются периодическому закону, но тоже играют немаловажную роль в электронике.

Импульсы – это те же самые сигналы, но они не поддаются периодическому закону, и меняют свое значение, в зависимости от ситуации.

Например, вот череда импульсов:

Каждый импульс имеет разную длительность во времени, поэтому мы не можем говорить о какой-то периодичности сигналов.

Звуковой сигнал

Также есть и звуковой сигнал

Хоть он и похож на белый шум, но несет информацию в виде звука. Если такой электрический сигнал подать на динамическую головку, то можно услышать какую-либо запись.

Вывод

Архив новостей…<label>Язык </label> Русский Используемые источники:

• https://meandr.org/archives/11294
• https://www.ruselectronic.com/elektricheskie-signaly-i-ikh-vidy/
• https://www.meandr.ru/