Приветствую на моем канале. Данный цикл статей хотелось бы посвятить радиотехнике. Мои статьи будут полезны студентам и людям, увлеченным конструированием. Изучив весь курс статей, которые я буду публиковать на своем канале, Вы сможете на отлично освоить учебный материал (надеюсь на это) .
Первую из цикла статью я хотел посвятить, как мне казалось истокам: рассказу об основных электронных компонентах, которые мы будем применять в дальнейшем при проектировании. Но…я вдруг вспомнил, что не все из вас, дорогие читатели знакомы с такими понятиями без которых никуда как «сигнал», «амплитуда», «постоянная составляющая» и т.д., и, решил начать наше с вами изучение именно с этого момента. Приготовьтесь, будет не скучно! (Ну, надеюсь, хотя бы не нудно)
Итак, уберите телефоны, достаньте тетради для конспектов и пишем… Ой. Мы же не в универе! Тогда наоборот: уберите макулатуру, возьмите телефон поудобнее и начинаем!
Сигнал – понятие, которое мы слышали много раз много-где: поймать сигнал, слабый сигнал, сигнал глушится и т.д. Но для нас всё же будет полезно знать что это:
Сигнал – носитель информации, представленный в виде, удобном для передачи. «Куцее» понятие, синтезированное мной только что на основании многих обширных и малопонятных обычному человеку. Сигнал может быть разным по виду: электрический, электромагнитный, акустический и т.д. С акустическими сигналами мы сталкиваемся каждый день, сюда можно отнести нашу речь (точнее её воплощение в общении). Но для нас наиболее полезны будут две первые ипостаси сигнала. Попробуем вместе определить что по сути своей представляет электрический сигнал. На рисунке 1 представлены три примера сигналов: синусоидальный, постоянное напряжение и амплитудно-модулированный сигнал.
а) б) в)
Рисунок 1 – Примеры а) синусоидальный сигнал, б) постоянное напряжение, в) промодулированный сигнал
Как мы выяснили, сигнал всегда несет какую-нибудь информацию. На рисунке 1 а) представлена скорее функция напряжения от тока с законом распределения sin A(t+ф). Почему? А потому, что информации этот «сигнал» не несет никакой. То же самое можно сказать и о постоянном напряжении: напряжение есть, информации нет. Настоящий же сигнал представлен на рисунке 1 в). Здесь синусоида рисунок 1 а) промодулирована «чем-то» и это «что-то» является информацией, которую нам нужно куда-то передать или же наоборот откуда-то принять. Итак, не будем слишком углубляться в суть сказанного: на первых порах обучения, любой «сигнал» для нас сигнал. Для начала достаточно будет вспомнить еще два понятия: ток и напряжение. Говоря «напряжение» мы всегда представляем розетку. Это пример, не спорю, очень хороший, но для того, чтобы Вам было легче «постичь» суть этого понятия, лучше ассоциировать слово «напряжение» с обычной батарейкой (рисунок 2):
Рисунок 2 – Источник энергии (источник постоянного напряжения)
На рисунке отлично видно, что представляет собой источник постоянного напряжения. Испокон веков (ну по сути века три всего-то) принято считать, что подключение какой-либо нагрузки к контактам источника, сопровождается возникновением электрического тока, через эту самую нагрузку протекающего. Под напряжением понимается разность потенциалов источника. Подробнее об этом поговорим попозже, а пока что представим, что полюс «+» источника содержит в себе большое количество носителей заряда. Конечно же это будут электроны (о других носителях заряда расскажу в одной из следующих лекций). Вторая область источника, напротив, обеднена на наличие носителей заряда и всегда готова их принять, условно назовем этот участок областью «0» или «-» (рисунок 3):
Рисунок 3 – Движение носителей заряда через нагрузку
Как же так получается, что электроны – частицы с отрицательным зарядом в большом количестве образуют область «+» источника? Так уж принято, что за плюсовой полюс источника принимается именно та область, в которой больше носителей заряда, то есть электронов здесь «+». Что же такое электрический ток? Поток заряженных частиц. То есть поток электронов. Говоря об напряжении при расчетах нас будут интересовать такие параметры, ЭДС источника (электродвижущая сила), падение напряжения на нагрузке (о том, что такое нагрузка поговорим в следующей лекции). Касающиеся напряжения параметры обозначаются латинской «U» и измеряются в Вольтах. Если будем говорить о токе, то на первое время нам хватит только силы тока, обозначается латинской «I», измеряется в Амперах.
Рисунок 4 – Синусоидальный сигнал
Я не случайно представил синусоиду в виде вращающегося вектора. Смотрим на рисунок внимательно: угол, между вектором А и осью 0Х – это фаза "а" нашего сигнала. Сейчас она нас не очень интересует. Сам вектор А нам также мало интересен, а вот его проекция на ось 0Y – более чем. Вспомним-ка тригонометрию. Как получить эту проекцию? Длина катета прямоугольного треугольника есть произведение длины гипотенузы на синус угла, противолежащего катету. Итак: U’=A*sin(a). Ничего не напоминает? А теперь посмотрим как часто вектор А совершает полный оборот и возвращается в исходное положение. От такого неполного задания можно получить и неполный ответ: «довольно часто» или «не очень часто». Поэтому и вводится условие: частота в секунду. Один раз в секунду = 1 Герц. Частота обозначается буквой f. f=1/T (здесь Т - период). Еще раз смотрим на рисунок. В какое – то время t наш вектор A совершил часть полного оборота с частотой 1/Т. Хммм… Чего-то не хватает. Ведь, по сути, начальная точка вектора А находится в начале координат, а конечная движется по окружности. А какое расстояние пройдет эта точка за один оборот? Конечно же 2пиR! А так как окружность у нас имеет радиус А, то полный период вращения составляет по длине 2пиА. Итак, у нас имеется вектор А, одна из точек которого совершает оборот по траектории с длиной 2пиА за период времени Т и начальным углом положения вектора φ. Нам нужно найти значение проекции вектора А на ось 0Y в момент времени t. Для этого нам в первую очередь конечно же нужно найти тот самый угол между вектором А и осью 0X. По известной многим формуле длина дуги равна произведению угла между радиусами на радиус (рисунок 5):
Рисунок 5 – Пояснение
Таким образом, чтобы найти угол a нам нужно длину дуги l разделить на радиус А. А если наш вектор уже сделал полный оборот? Конечно же нужно учесть полученное соответствие «синусоида-окружность». Если момент времени t=Т, тогда вектор А совершит полный оборот в 2пи, если t=Т+T/2 - вектор повернулся еще на пи и т.д. Чтобы было понятнее расскажу на пальцах: при неизменяющейся частоте вращения вектора возьмем и построим на плоскости X0Y отсчеты проекций U’ этого вектора на ось 0Y. Конечная точка вектора движется по окружности от 0 до 2пи. Для построения проекции этой точки на плоскости берем синус угла, полученный при вращении вектора А, не забываем про начальную фазу. То есть:
Здесь мы учли что конечная точка вектора за время t описала дугу длиной а*А от общей длины 2пи*А, которую можно пройти за один оборот, а также учли то, что этот угол взаимосвязан с той долей t периода Т, которая была потрачена для поворота вектора на этот угол.
Ну что ж… Лекция получилась, на мой взгляд, довольно увлекательной. Мы ознакомились с основными понятиями, такими как напряжение, ток и частота и даже вывели соотношение «синусоида-окружность» для гармонического закона. Если из пройденного материала Вы что-то не поняли, не отчаивайтесь: со временем поймете. Я постарался изложить сложное простыми словами, а простое – очень простыми. Спасибо, что Вам хватило усидчивости дочитать эту статью, надеюсь она Вам в чем-нибудь да поможет. До следующей лекции! Удачи)