Эрл Гейтс - Введение в электронику

В большинстве случаев форма переменного тока бывает синусоидальной. Однако в электронике используются не только синусоидальные колебания. Колебания, форма которых отличается от синусоиды, называются несинусоидальными периодическими колебаниями. Несинусоидальные колебания генерируются специальными электронными цепями.

На рисунках 12-7, 12-8 и 12-9 изображены три основных вида несинусоидальных колебаний. Они могут представлять и ток, и напряжение. На рис. 12-7 изображены прямоугольные колебания, названные так потому, что положительные и отрицательные прямоугольные импульсы чередуются. Это указывает на то, что ток или напряжение мгновенно достигают максимального значения и остаются такими в течение половины периода. Когда полярность изменяется, ток или напряжение мгновенно достигают противоположного пикового значения и остаются неизменными до конца следующей половины периода. Ширина импульсаравна половине периода. Ширина импульса — это отрезок времени, в течение которого напряжение имеет свое пиковое или максимальное значение. Прямоугольное колебание очень полезно как электронный сигнал, так как его характеристики могут быть легко изменены.

Рис. 12-7. Колебание прямоугольной формы.

На рис. 12-8 показан один период колебания треугольной формы. В течение первой половины периода сигнал возрастает по линейному закону от нуля до пикового значения, а затем опять уменьшается до нуля. В течение второй половины периода сигнал продолжает уменьшаться по линейному закону в отрицательном направлении до пикового значения, а после этого опять возрастает до нуля.

Треугольные колебания используются главным образом как электронные сигналы.

Рис. 12-8. Колебание треугольной формы

На рис. 12-9 показаны пилообразные колебания. Пилообразное колебание — это частный случай треугольного колебания. Сначала величина напряжения или тока возрастает по линейному закону, а после этого быстро падает до своего отрицательного пикового значения. Участок с положительным наклоном имеет относительно большую длительность и меньший по абсолютной величине угол наклона к оси времени, чем короткий участок. Пилообразные сигналы используются для переключения операций в электронных цепях. В телевизорах и осциллографах они используются для развертки электронного луча по экрану для создания изображения.

Импульсные колебания и другие несинусоидальные сигналы могут описываться двумя способами. Один метод рассматривает несинусоидальные сигналы как сумму скачкообразных изменений напряжения, следующих через некоторый интервал времени друг за другом. Второй метод рассматривает сигнал как алгебраическую сумму бесконечного числа синусоид, имеющих различные частоты и амплитуды. Этот метод полезен при расчете усилителей. Если усилитель не может пропустить все синусоидальные частоты, то он искажает сигнал.

Несинусоидальные сигналы состоят из колебаний основной частоты и гармоник. Основная частотасоответствует скорости повторения сигнала. Гармоникиявляются синусоидами с более высокими частотами, которые кратны основной частоте. Четные гармоники имеют частоты, которые являются произведениями четных чисел и основной частоты. Нечетные гармоники имеют частоты, которые являются произведениями нечетных чисел и основной частоты.

Прямоугольные колебания состоят из колебаний основной частоты и всех нечетных гармоник.

Треугольные колебания также состоят из колебаний основной частоты и всех нечетных гармоник, но, в отличие от прямоугольных колебаний, нечетные гармоники сдвинуты по фазе на 180 градусов относительно колебания основной частоты.

Пилообразные колебания содержат как четные, так и нечетные гармоники. Четные гармоники сдвинуты на 180 градусов по фазе относительно нечетных гармоник.

12-3. Вопросы

1. Что такое несинусоидальные колебания?

2. Нарисуйте два цикла (периода):

а . Прямоугольного колебания;

б . Треугольного колебания;

в . Пилообразного колебания.

3. Где применяются эти несинусоидальные колебания?

4. Опишите основную частоту и гармоники трех различных несинусоидальных колебаний.

РЕЗЮМЕ

• Переменный ток — это наиболее широко используемый в технике тип тока.

• Переменный ток представляет собой ток, текущий сначала в одном направлении, а затем в противоположном.

• Один оборот якоря генератора переменного тока называется циклом.

• Герц — это один цикл в секунду.

• Форма переменного тока, вырабатываемого генератором, называется синусоидой.

• Пиковое значение синусоиды — это наибольшее значение функции за время периода.

• Размах синусоиды — это вертикальное расстояние между пиками противоположного знака.

• Эффективное значение переменного тока — это такое значение постоянного тока, при котором на данном сопротивлении выделяется столько же тепла, что и при переменном токе.

• Эффективное значение можно определить, вычислив среднеквадратичное значение величины.

• Среднеквадратичное значение синусоиды равно 0,707 от пикового:

Е эфф= 0,707∙ Е макс

I эфф= 0,707∙ I макс

• Время, необходимое для завершения одного цикла синусоиды, называется периодом ( t ).

• Количество циклов, совершаемых за заданный промежуток времени, называется частотой ( f ).

• Соотношение между частотой и периодом синусоиды выражается следующей формулой:

f= 1/ t

• Прямоугольные колебания состоят из колебаний основной частоты и всех нечетных гармоник.

• Треугольные колебания состоят из колебаний основной частоты и всех нечетных гармоник, сдвинутых по фазе на 180 градусов относительно основной частоты.

• Пилообразные колебания содержат как четные, так и нечетные гармоники. Четные гармоники сдвинуты на 180 градусов по фазе относительно нечетных гармоник.

Глава 12. САМОПРОВЕРКА

1. Что надо сделать для наблюдения электромагнитной индукции?

2. Объясните, как правило левой руки применяется к генераторам переменного тока?

3. Дайте определение полного размаха колебаний.

4. Как определяется эффективное значение переменного тока?

5. Нарисуйте примеры трех несинусоидальных колебаний, которые могут представлять и ток и напряжение.

6. Почему при изучении несинусоидальных колебаний важны гармоники?

ЦЕЛИ

После изучения этой главы студент должен быть в состоянии:

• Перечислить типы измерительных приборов, пригодных для измерений переменного тока.