И. Хабловски - Электроника в вопросах и ответах

Телевизионному изображению, полученному в результате преобразования отраженного от объекта света в электрический сигнал, соответствуют видеочастоты, лежащие в диапазоне от 0 Гц до 5–6 МГц.

Для передачи на расстояние звуков и изображений широко используются электромагнитные волны диапазона радиочастот.

Пиковым, или амплитудным, значением колебания называется его наибольшее значение. В случае периодически повторяющихся процессов, таких, например, как синусоидальное колебание, пиковое значение, или амплитуду, Аm определяют (рис. 1.16) на интервале времени, равном одному периоду. На таком интервале встречаются две амплитуды, отличающиеся только полярностью, — положительная и отрицательная. При записи пиковое, или амплитудное, значение переменного тока обозначают большой буквой с индексом m: Um, Im.

Амплитудное значение тока, действующего в электрической цепи, часто зависит от активного элемента (транзистора, лампы) схемы либо ограничено искажениями сигнала, возникающими при его прохождении через цепь.

Амплитудное значение напряжения в схеме ограничивается напряжением электрического пробоя элементов схемы.

Действующее значение переменного тока выражается значением постоянного тока, который, протекая через цепь с постоянным значением электрического сопротивления, выделяет такую же энергию, как и переменный ток, протекающий за то же самое время. Для синусоидального колебания действующее значение[1] связано с амплитудным следующей зависимостью:

Uд = 0,707·Um либо Iд = 0,707·Im.

Действующее значение переменного тока при записи обозначается большой буквой с индексом «д», либо большой буквой I без всякого индекса.

Действующее значение напряжения питающей цепи в СССР равно 220 и 127 В. Действующее значение мощности связано с энергией, рассеиваемой в виде тепла, и определяет требования, которым должны удовлетворять элементы в схеме.

Средним значением колебания переменного тока называется среднее арифметическое абсолютных значений этого колебания в течение одного периода[2]. В случае синусоидального колебания между средним и амплитудным значениями существует определенная связь Uср = 0,636·Um.

Среднее значение переменного тока, протекающего в цепи, определяет среднее потребление тока от источника постоянного тока, питающего данную цепь.

Это значение переменного колебания, которое определяется в данный момент. В случае синусоидального колебания мгновенное значение непрерывно изменяется. При других видах колебаний изменение мгновенного значения может быть резким или постоянным на некотором отрезке времени. Мгновенное значение переменного колебания обозначается малой буквой, например u, i.

Это такое колебание, при котором ток и напряжение изменяются во времени в соответствии с законом изменения синуса угла от 0 до 360° (рис. 1.17). Это основная форма колебания переменного тока, являющаяся прямым результатом методов его генерации, в частности на электростанциях. Электрический ток синусоидальной формы возникает в результате вращательного движения ротора генераторного агрегата. Из самого принципа действия этих агрегатов следует периодичность изменения тока в зависимости от угла поворота. Синусоидальное колебание можно создать с помощью электронных устройств, питаемых постоянным током.

Рис. 1.17. Синусоидальное колебание

В общем случае это колебания, форма которых отличается от синусоиды. Несинусоидальные колебания можно разделить на две группы:

1. Колебания, форма которых повторяется через равные промежутки времени, т. е. имеются постоянно повторяющиеся периоды.

Это периодические несинусоидальные колебания. Такие колебания — результат искажений синусоидальных колебаний (рис. 1.18). Примером могут служить колебания, полученные после прохождения синусоидального колебания через устройства с нелинейными элементами.

Рис. 1.18. Форма несинусоидального колебания на выходе нелинейной цепи

2. Колебания, форма которых в разные периоды различна или вообще не наблюдается никакой периодичности (рис. 1.19). Примером может служить периодически повторяемый с частотой повторения строк телевизионный сигнал изображения, однако в общем случае в каждом периоде он различен. Непериодическими сигналами являются электрические колебания, соответствующие, например, речи либо нерегулярным изменениям физических величин (температура и др.).

Рис. 1.19. Периодическое (а) и непериодическое (б) электрические колебания

Это периодическое колебание, у которого оба полупериода имеют прямоугольную форму. В общем случае оба полупериода могут иметь разную длительность (рис. 1.20). Если их длительность одинакова, то говорят, что это симметричное колебание или колебание, имеющее форму меандра. Прямоугольное колебание характеризуется амплитудой (А), длительностью положительного и отрицательного импульса Т1, Т2, периодом Т = Т1 + Т2 и частотой повторения fп = 1/T = 1/(T1 + Т2). В прямоугольном колебании мы различаем фронт, срез, а также вершину импульса.

Рис. 1.20. Несимметричное (а) и симметричное (квадратное) (б) прямоугольные колебания

Прямоугольное колебание, как и другие периодические колебания, в общем случае можно рассматривать как сумму некоторой постоянной составляющей (постоянного тока) и многих синусоидальных колебаний с разными амплитудами, частотами и временным сдвигом по отношению друг к другу (рис. 1.21).

Рис. 1.21. Влияние количества гармоник на форму импульса

Углы, соответствующие взаимным сдвигам, определенные, например, относительно основной составляющей, называются фазовыми углами. Самую низкую частоту синусоидального колебания называют основной частотой. Она равна частоте данного прямоугольного колебания. Остальные синусоидальные составляющие, частоты которых являются кратными основной частоте, называются гармоническими составляющими.

Форма колебания, полученная путем суммирования синусоидальных составляющих, тем ближе к исходной, чем больше составляющих учитывается в этом процессе. Прежде всего это зависит от крутизны фронта и среза прямоугольного колебания. На практике в некоторых случаях достаточно учесть лишь несколько гармоник, а в других — при очень крутых фронте и срезе — недостаточно учета даже ста гармоник. В первом случае говорят, что частотный спектр сигнала является узким, во втором — широким. Прямоугольные колебания используют в таких областях, как цифровая и импульсная техника.

Это искажения, возникающие в схемах, содержащих нелинейные элементы. Гармонические нелинейные искажения связаны с появлением в выходном сигнале новых гармонических составляющих.

На рис. 1.22 приведены примеры нелинейных искажений для синусоидального сигнала. Видно, что искажения, вызывающие, например, срез вершин синусоиды, могут приводить к получению искаженного сигнала, форма которого близка к прямоугольному колебанию. Искажения этого типа зависят от амплитуды сигнала в данной схеме и обычно тем больше, чем больше амплитуда.

Количественно гармонические искажения определяются с помощью коэффициента гармоник или коэффициента нелинейных искажений. Этот коэффициент обозначается Kг и выражается в процентах. Например, в акустических устройствах содержание гармоник ограничивается несколькими процентами, а в устройствах высококачественного воспроизведения Kг < 1 %.