Введение в электронику

• Перечислить способы, с помощью которых можно изменить форму сигнала.

• Объяснить зависимость формы сигнала от вида частотных характеристик формирующих цепей.

• Дать определения длительности импульса, скважности, времени нарастания и времени спада амплитуды сигнала, отрицательного и положительного выбросов, а также «звона».

• Объяснить, как работают дифференцирующие и интегрирующие цепи.

• Описать цепи фиксации и ограничения.

• Описать различия между моностабильным и бистабильным мультивибраторами.

• Нарисовать схемы цепей формирования сигналов.

В электронике иногда бывает нужно изменить форму сигнала. Синусоидальный сигнал превратить в прямоугольный, прямоугольный в импульсный, а импульсный в прямоугольный. Форму сигнала можно проанализировать с помощью двух методов. Анализ формы сигнала посредством анализа его амплитуды в каждый момент времени, называется анализом временных характеристик. Анализ формы сигнала посредством разложения его на составляющие синусоиды, называется анализом частотных характеристик. Частотный анализ предполагает, что все периодические сигналы могут быть разложены на сумму синусоид.

30-1. НЕСИНУСОИДАЛЬНЫЕ СИГНАЛЫ

На рис. 30-1 изображены три основные формы сигналов, представленные в виде функций времени. Этими тремя формами являются: синусоидальная, прямоугольная и пилообразная. Хотя все эти три формы различны, они имеют одинаковый период или частоту. С помощью различных электронных цепей эти формы могут быть превращены одна в другую.

Рис. 30-1.Три основные формы периодического сигнала: (А) синусоидальная, (Б) прямоугольная, (В) пилообразная.

Периодичность — это главное свойство всех колебаний. Согласно концепции частотных характеристик все периодические сигналы состоят из синусоид. Другими словами, любой периодический сигнал может быть сформирован путем сложения некоторого количества синусоид, имеющих различные амплитуды, фазы и частоты. Важность синусоид в том, что только они не могут быть искажены RC, RL и LC цепями.

Частота синусоиды, равная частоте периодического сигнала, называется частотой основной гармоники. Частоту основной гармоники также называют первой гармоникой.

Частоты высших гармоник кратны частоте основной гармоники. Частота второй гармоники вдвое выше частоты основной гармоники, частота третьей гармоники втрое выше частоты основной гармоники и т. д. На рис. 30-2 приведена основная частота 1000 герц и несколько ее гармоник.

Рис. 30-2.Основная частота 1000 герц и некоторые ее гармоники.

Гармоники могут комбинироваться бесконечным числом способов и составлять любое периодическое колебание. Тип и число гармоник, необходимых для составления сигнала, зависит от формы этого сигнала. Например, на рис. 30-3 изображен сигнал прямоугольной формы.

Рис. 30-3.Сигнал прямоугольной формы.

Рис. 30-4 показывает, как прямоугольный сигнал может быть сформирован из комбинации основной гармоники и бесконечного числа нечетных гармоник, пересекающих ось координат в фазе с основной частотой.

Рис. 30-4.Формирование сигнала прямоугольной формы методом сложения его частотных составляющих.

Рис. 30-5 показывает формирование пилообразного сигнала. Он состоит из основной частоты и четных и нечетных гармоник, пересекающих ось координат со сдвигом по фазе на 180 градусов относительно основной частоты.

Рис. 30-5.Формирование сигнала пилообразной формы методом сложения его частотных составляющих.

Осциллограф выводит на экран временные характеристики сигналов. Анализатор спектра (рис. 30-6) выводит на экран частотные характеристики сигнала. Анализ частотных характеристик может быть использован для определения влияния цепей на форму сигнала.

Рис. 30-6. Анализатор спектра.

Периодические сигналы — это сигналы, повторяющиеся через определенные промежутки времени. Период сигнала измеряется интервалом времени от любой точки цикла до такой же точки следующего цикла (рис. 30-7).