แหล่งที่มาของสัญญาณไฟฟ้า

ความต่างศักย์ระหว่างจุดสองจุดที่ต่างกันเรียกว่าแรงดันไฟฟ้า ซึ่งเรียกสั้นๆ ว่า "แรงดันไฟฟ้า" เนื่องจากทฤษฎีวงจรไฟฟ้าเกี่ยวข้องกับปรากฏการณ์หรือกระบวนการทางไฟฟ้าเป็นหลัก ดังนั้นหากมีการสร้างสองภูมิภาคที่มีศักยภาพแตกต่างกันแรงดันไฟฟ้า U = φ1 — φ2 จะปรากฏขึ้นระหว่างพวกเขาโดยที่ φ1 และ φ2 เป็นศักยภาพของภูมิภาคของอุปกรณ์ซึ่งเนื่องจากการบริโภคเพียงเล็กน้อย พลังงาน ศักย์ไฟฟ้าที่มีค่าไม่เท่ากันจะเกิดขึ้น...

ตัวอย่างเช่น เซลล์แห้งประกอบด้วยสารเคมีหลายชนิด — ถ่านหิน สังกะสี การเกาะตัวเป็นก้อน และอื่นๆ อันเป็นผลมาจากปฏิกิริยาเคมี พลังงาน (ในกรณีนี้คือสารเคมี) ถูกใช้ไป แต่พื้นที่ที่มีจำนวนอิเล็กตรอนต่างกันจะปรากฏในธาตุ ซึ่งทำให้เกิดความต่างศักย์ไม่เท่ากันในส่วนที่แท่งคาร์บอนและถ้วยสังกะสีตั้งอยู่ .

ดังนั้นจึงมีแรงดันไฟฟ้าระหว่างสายจากแท่งคาร์บอนและถ้วยสังกะสี แรงดันไฟฟ้าที่ข้ามขั้วเปิดของแหล่งกำเนิดนี้เรียกว่าแรงเคลื่อนไฟฟ้า (ตัวย่อ EMF)

ดังนั้น EMF จึงเป็นแรงดันไฟฟ้าเช่นกัน แต่ภายใต้เงื่อนไขบางประการ แรงเคลื่อนไฟฟ้าวัดในหน่วยเดียวกับแรงดันไฟฟ้า ได้แก่ โวลต์ (V) หรือหน่วยเศษส่วน - มิลลิโวลต์ (mV), ไมโครโวลต์ (μV) โดย 1 mV = 10-3 V และ 1 μV = 10-6 V

คำว่า «EMF» ซึ่งพัฒนาขึ้นในอดีตนั้นไม่ถูกต้องนัก เนื่องจาก EMF มีมิติของแรงดันไฟฟ้า ไม่ใช่แรงแต่อย่างใด ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมจึงถูกยกเลิกไปเมื่อเร็วๆ นี้ โดยแทนที่คำว่า «แรงดันไฟฟ้าภายใน» (กล่าวคือ แรงดันตื่นเต้นภายในแหล่งที่มา) หรือ «แรงดันอ้างอิง» เนื่องจากคำว่า «EMF» ใช้ในหนังสือหลายเล่มและ GOST ยังไม่ได้ถูกยกเลิก เราจะใช้ในบทความนี้

ดังนั้น แรงเคลื่อนไฟฟ้าจากแหล่งกำเนิด (EMF) คือความต่างศักย์ที่เกิดขึ้นภายในแหล่งกำเนิดอันเป็นผลมาจากการใช้พลังงานบางประเภท

บางครั้งมีการกล่าวว่า EMF ที่แหล่งกำเนิดเกิดจากแรงภายนอก ซึ่งเข้าใจว่าเป็นอิทธิพลของธรรมชาติที่ไม่ใช่ไฟฟ้า ดังนั้นในเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่ติดตั้งในโรงไฟฟ้าอุตสาหกรรม EMF จึงเกิดขึ้นเนื่องจากการใช้พลังงานกล ตัวอย่างเช่น พลังงานของน้ำที่ตกลงมา การเผาไหม้ของเชื้อเพลิง เป็นต้น ปัจจุบันแบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์กลายเป็นเรื่องธรรมดามากขึ้น ซึ่งพลังงานแสงจะถูกแปลง เป็นพลังงานไฟฟ้าและอื่นๆ

ในเทคโนโลยีการสื่อสาร วิทยุอิเล็กทรอนิกส์ และเทคโนโลยีสาขาอื่นๆ แรงดันไฟฟ้าได้มาจากอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์พิเศษที่เรียกว่า เครื่องกำเนิดสัญญาณซึ่งพลังงานของเครือข่ายไฟฟ้าอุตสาหกรรมจะถูกแปลงเป็นแรงดันไฟฟ้าต่างๆ ที่นำมาจากขั้วต่อเอาต์พุตด้วยวิธีนี้ เครื่องกำเนิดสัญญาณจะใช้พลังงานไฟฟ้าจากเครือข่ายอุตสาหกรรม และยังสร้างแรงดันไฟฟ้าประเภทไฟฟ้า แต่มีพารามิเตอร์ที่แตกต่างกันโดยสิ้นเชิง ซึ่งไม่สามารถรับได้โดยตรงจากเครือข่าย

ลักษณะที่สำคัญที่สุดของแรงดันไฟฟ้าคือการขึ้นอยู่กับเวลา โดยทั่วไปแล้วเครื่องกำเนิดไฟฟ้าจะผลิตแรงดันไฟฟ้าซึ่งค่าจะเปลี่ยนไปตามเวลา ซึ่งหมายความว่าในช่วงเวลาใด ๆ แรงดันไฟฟ้าที่ขั้วเอาท์พุทของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าจะแตกต่างกัน แรงดันไฟฟ้าดังกล่าวเรียกว่าตัวแปรซึ่งตรงกันข้ามกับค่าคงที่ซึ่งค่ายังคงไม่เปลี่ยนแปลงตามเวลา

ต้องจำไว้ว่าโดยพื้นฐานแล้วเป็นไปไม่ได้ที่จะส่งข้อมูลใด ๆ (เสียงพูด เพลง ภาพโทรทัศน์ ข้อมูลดิจิทัล ฯลฯ) ด้วยแรงดันไฟฟ้าคงที่ และเนื่องจากเทคนิคการสื่อสารได้รับการออกแบบมาโดยเฉพาะสำหรับการส่งข้อมูล ความสนใจหลักจะเป็น หันไปพิจารณาสัญญาณที่แปรผันตามเวลา

แรงดันไฟฟ้า ณ เวลาใด ๆ เรียกว่า ทันที... ค่าแรงดันไฟฟ้าทันทีมักเป็นตัวแปรตามเวลาและแสดงด้วยตัวพิมพ์เล็ก (ตัวพิมพ์เล็ก) และ (t) หรือเรียกสั้น ๆ ว่า — และ ผลรวมของค่าทันที ​เป็นรูปคลื่น ตัวอย่างเช่นหากในช่วงเวลาจาก t = 0 ถึง t = t1 แรงดันไฟฟ้าจะเพิ่มขึ้นตามสัดส่วนของเวลาและในช่วงเวลาจาก t = t1 ถึง t = t2 แรงดันไฟฟ้าจะลดลงตามกฎเดียวกันสัญญาณดังกล่าวจะมีรูปร่างเป็นรูปสามเหลี่ยม .

พวกเขามีความสำคัญมากในเทคโนโลยีการสื่อสาร สัญญาณคลื่นสี่เหลี่ยม… สำหรับสัญญาณดังกล่าว แรงดันไฟฟ้าในช่วงเวลาจาก t0 ถึง t1 จะเท่ากับศูนย์ ในขณะที่ t1 เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วเป็นค่าสูงสุด ในช่วงเวลาจาก t1 ถึง t2 จะไม่เปลี่ยนแปลง ในขณะที่ t2 ลดลงอย่างรวดเร็วเป็นศูนย์ เป็นต้น

สัญญาณไฟฟ้าแบ่งออกเป็นคาบและไม่เป็นระยะ สัญญาณเป็นระยะเรียกว่าสัญญาณที่มีค่าที่เกิดขึ้นซ้ำทันทีหลังจากเวลาเดียวกันเรียกว่าช่วงเวลา T สัญญาณที่ไม่ใช่เป็นระยะปรากฏขึ้นเพียงครั้งเดียวและไม่ทำซ้ำอีก กฎหมายที่ควบคุมสัญญาณเป็นระยะและไม่เป็นช่วงเวลานั้นแตกต่างกันมาก

ข้าว. 1

ข้าว. 2

ข้าว. 3

หลายคนที่ถูกต้องสมบูรณ์สำหรับสัญญาณเป็นระยะกลายเป็นว่าไม่ถูกต้องอย่างสมบูรณ์สำหรับสัญญาณที่ไม่ใช่ระยะและในทางกลับกัน การศึกษาสัญญาณที่ไม่ใช่คาบต้องใช้เครื่องมือทางคณิตศาสตร์ที่ซับซ้อนกว่าการศึกษาสัญญาณตามคาบ

สัญญาณสี่เหลี่ยมที่มีการหยุดชั่วคราวระหว่างพัลส์หรือที่เรียกว่า "ระเบิด" (จากแนวคิดของ "การส่งสัญญาณ") มีความสำคัญมาก สัญญาณดังกล่าวมีลักษณะเป็นรอบการทำงานเช่น อัตราส่วนของช่วงเวลา T ต่อเวลาส่ง ti:

ตัวอย่างเช่น หากเวลาหยุดเท่ากับเวลาพัลส์ นั่นคือ การส่งเกิดขึ้นภายในครึ่งช่วงเวลา จากนั้น รอบการทำงาน

และถ้าเวลาในการส่งคือหนึ่งในสิบของระยะเวลา ดังนั้น

ในการสังเกตรูปคลื่นของแรงดันไฟฟ้าด้วยสายตา เครื่องมือวัดจะเรียกว่า ออสซิลโลสโคป... บนหน้าจอของออสซิลโลสโคป ลำแสงอิเล็กตรอนจะติดตามเส้นโค้งของแรงดันไฟฟ้าที่ใช้กับขั้วอินพุตของออสซิลโลสโคป

เมื่อเปิดออสซิลโลสโคปตามปกติ เส้นโค้งบนหน้าจอจะได้รับตามฟังก์ชันของเวลา นั่นคือภาพการติดตามลำแสงคล้ายกับที่แสดงในรูปที่ 1, เอ — 2, ข.หากในหลอดลำแสงอิเล็กตรอนหนึ่งหลอดมีอุปกรณ์ที่สร้างลำแสงสองลำและทำให้สามารถสังเกตภาพสองภาพพร้อมกันได้ ออสซิลโลสโคปดังกล่าวจะเรียกว่าออสซิลโลสโคปแบบลำแสงคู่

ออสซิลโลสโคปแบบลำแสงคู่มีขั้วต่ออินพุตสองคู่ เรียกว่า อินพุตช่อง 1 และช่อง 2 ออสซิลโลสโคปแบบลำแสงคู่นั้นล้ำหน้ากว่าออสซิลโลสโคปแบบลำแสงเดียวมาก: สามารถใช้เปรียบเทียบกระบวนการในอุปกรณ์ที่แตกต่างกันสองชนิดได้ด้วยสายตาที่อินพุต และขั้วต่อเอาต์พุตของอุปกรณ์หนึ่งเครื่อง รวมทั้งทำการทดลองที่น่าสนใจหลายอย่าง

ข้าว. 4

ออสซิลโลสโคปเป็นอุปกรณ์การวัดที่ทันสมัยที่สุดที่ใช้ในงานวิศวกรรมอิเล็กทรอนิกส์ ด้วยความช่วยเหลือของมัน คุณสามารถกำหนดรูปร่างของสัญญาณ วัดแรงดัน ความถี่ การเลื่อนเฟส สังเกตสเปกตรัม เปรียบเทียบกระบวนการในวงจรต่างๆ และยังทำการวัดและวิจัยอีกมากมาย ซึ่งจะกล่าวถึงในหัวข้อต่อไปนี้

ความแตกต่างระหว่างค่าทันทีที่ใหญ่ที่สุดและน้อยที่สุดเรียกว่าแรงดันแกว่งขึ้น (ตัวพิมพ์ใหญ่ระบุว่ากำลังอธิบายค่าคงที่ของค่าเวลา และตัวห้อย «p» หมายถึงคำว่า «ช่วง» สัญกรณ์ Ue can ก็ใช้ได้เช่นกัน) ดังนั้นบนหน้าจอของออสซิลโลสโคปผู้สังเกตจึงเห็นรูปร่างของแรงดันที่ตรวจสอบและช่วงของมัน

ตัวอย่างเช่น ในรูปที่ 4a แสดงเส้นโค้งแรงดันไฟฟ้าไซน์ ในรูปที่ 4, b — ครึ่งคลื่นในรูป 4, c — เต็มคลื่น ในรูป 4, d — รูปแบบที่ซับซ้อน

ถ้าเส้นโค้งสมมาตรรอบแกนนอน ดังรูป 3, a, จากนั้นครึ่งหนึ่งของช่วงเรียกว่าค่าสูงสุดและแสดงโดย Umหากเส้นโค้งเป็นด้านเดียว นั่นคือ ค่าทันทีทั้งหมดมีเครื่องหมายเหมือนกัน เช่น ค่าบวก การแกว่งจะเท่ากับค่าสูงสุด ในกรณีนี้ Um = up (ดูรูปที่ 3, a, 3, ข, 4. ข, 4, ค). ดังนั้นในวิศวกรรมการสื่อสารลักษณะสำคัญของแรงดันไฟฟ้าคือ: ช่วงเวลา, รูปร่าง, ช่วง; ในการทดลองการคำนวณการศึกษาใด ๆ ก่อนอื่นต้องมีแนวคิดเกี่ยวกับค่าเหล่านี้