تعديل السعة. ما هو التشكيل وأنواع الإشارات المعدلة؟ اهتزاز الناقل

3. الاهتزازات الكهربائية

على عكس العنوان، ستجد في هذا الفصل قصة عن التذبذبات "الحاملة"، وعن بندولات الساعات القديمة، وأشعة الشمس متعددة الألوان وأقواس قزح، والإكسيليفون وبلورات الكوارتز، والمساعدة المتبادلة من الأصدقاء، والمسمار الذي يسمم الحياة في الحذاء، ودوار البحر، والثقل على الخيط، وأيضًا حول عدد المرات التي يسمح فيها جهاز بسيط للمرء باستخلاص استنتاجات مهمة جدًا.

إشارات منتظمة

دعونا نتوصل إلى إشارة لا تحمل أي معلومات. إشارة كهربائية بالطبع. هنا سلكان، مصدر طاقة ومفتاح. إذا لم يتم الضغط على المفتاح، فلن تكون هناك إشارة، وبالتالي لا توجد معلومات. حالة أخرى: يتم الضغط على المفتاح باستمرار. يعمل جهد المصدر بين موصلات الخط. لا يتغير، وبالتالي لا يتم نقل أي معلومات.

إن إزالة الجهد عن طريق فتح المفتاح هي بالفعل إشارة، وتغيير الحالة من "1" إلى "0". هذه الحالة لا تنطبق. وهذا يعني أن الحالة غير المتغيرة "0" (لا يوجد جهد في الخط) أو الحالة غير المتغيرة "1" (يوجد جهد) لا تحمل المعلومات. الحالتان اللتان تم النظر فيهما تافهتان. هناك أيضًا حالة يتغير فيها الجهد في الخط، ولكن لا يتم نقل المعلومات بعد. لا تستطيع معرفة ذلك بعد؟ يجب أن يتغير الجهد بشكل دوري وفقا لقانون محدد سلفا. عندها سيتمكن المراقب الموجود في نهاية السطر المقابل للمصدر من التنبؤ مسبقًا بجميع التغييرات في الإشارة. لديه بالفعل معلومات حول الإشارة، والإشارة نفسها لا تجلب له أي معلومات جديدة. وبالتالي، لكي تنقل الإشارة المعلومات، يجب أن تحتوي على عنصر العشوائية وعدم اليقين بالنسبة للمستلم. الإشارات المنتظمة والمحددة بالكامل والمحددة مسبقًا لا تحمل معلومات.

ويبين الشكل أمثلة على هذه الإشارات الدورية المنتظمة. الإشارة الأولى جيبية. بمعنى آخر، تخضع تغيرات الجهد للقانون الجيبي.

أمثلة على الإشارات الدورية.

والإشارة الأخرى دورية أيضًا، ولكنها مستطيلة الشكل. يتم وصفها بما يسمى بوظيفة والش، والتي تأخذ قيمتين فقط: إما 0 و 1، أو - 1 و + 1. المثال الثالث هو سلسلة من النبضات ذات الشكل نفسه، تتبع على فترات زمنية متساوية. لا يمكن أن تكون الإشارات الموصوفة حاملة للمعلومات إلا إذا تغيرت معلماتها وفقًا للإشارة المرسلة. على سبيل المثال، إذا، وفقا لعلامات الأبجدية التلغراف، يتم تشغيل وإيقاف الجهد الجيبي بالتناوب. بالمناسبة، هذه هي الطريقة التي تم بها تصميم أي جهاز محاكاة لتعلم أبجدية التلغراف عن طريق الأذن ولعبة الأطفال "التلغراف". هنا هو مخططهم المبسط.

التذبذبات من المولد تردد الصوتمتصلة من خلال مفتاح لمكبر الصوت. يتم الضغط على المفتاح - يتم سماع صرير، وليس الضغط عليه - الصمت. يوضح الشكل كيف يبدو الحرف المنقول "A" (·؟) على الرسم البياني. هنا لم يعد هناك فقط الإرسالات الحالية، ولكن الإرسالات مليئة بالتذبذبات الجيبية بتردد معين. يطلق عليهم اهتزازات الناقل. في هذه الحالة، يتم التلاعب بالناقل عن طريق رسائل التلغراف. هناك العديد من الفوائد للانتقال من ناقل الحركة البسيط بالتيار المستمر إلى ناقل الحركة.

نقل طرود التلغراف باستخدام اهتزازات الناقل.

على سبيل المثال، يصبح من الممكن الإرسال متعدد القنوات للعديد من رسائل التلغراف والهاتف في وقت واحد عبر نفس الخط. في هذه الحالة، يتم استخدام تذبذبات الموجة الحاملة بترددات مختلفة لرسائل مختلفة. ومن ناحية الاستقبال، يتم فصلهما بواسطة مجموعة من المرشحات المضبوطة على ترددات الموجة الحاملة. عند إخراج كل مرشح، يتم الحصول على إشارة واحدة فقط.

تسمى طريقة الإرسال متعدد القنوات هذه، كما قلنا سابقًا، بتعدد إرسال التردد. لا يمكن التعامل مع الموجة الحاملة بإشارة منفصلة فحسب، بل يمكن أيضًا تعديلها بإشارة تناظرية. يعني التعديل تغيير أحد معلمات الموجة الحاملة بسلاسة، على سبيل المثال السعة. هنا، على سبيل المثال، كيفية إجراء الإرسال الهاتفي على الناقل. يتم تزويد جهاز خاص، المغير، باهتزازات صوتية من الميكروفون وتذبذبات مستمرة لتردد الموجة الحاملة من المولد G. في المغير، تتغير سعة الموجة الحاملة وفقًا لجهد الصوت. عند إخراج الجهاز، تحت تأثير المغير، يتم الحصول على إشارة التضمين السعة (AM). لا يحمل الناقل نفسه معلومات، لكن إشارة AM تحمل بالفعل معلومات كاملة حول اهتزازات الصوت القادمة من الميكروفون.

تعديل تذبذب الموجة الحاملة.

يتم استخدام إشارات تردد الموجة الحاملة على نطاق واسع جدًا. يحدث الإرسال التلغرافي العادي (رسائل التيار المباشر) بسرعة لا تزيد عن 200 باود. تحتل إشارة التلغراف هذه نطاق تردد من صفر إلى حوالي 300 هرتز. تحتل إشارة الهاتف الصوتية نطاق تردد يبلغ 300...3400 هرتز، وإشارة موسيقية عالية الجودة - من 20 إلى 16000 هرتز. وبطبيعة الحال، لا يمكن إطلاق مثل هذه الإشارات مباشرة في الهواء، لأن الترددات المذكورة تتوافق مع موجات طويلة جدًا.

الأمر مختلف عندما يتم الإرسال بتردد حامل يبلغ، على سبيل المثال، 3 ميجاهرتز (الميغاهرتز هو مليون، أو 106 اهتزازات في الثانية). يتوافق تردد 3 ميجاهرتز مع طول موجة يبلغ 100 متر، ويمكن بسهولة إطلاق هذه الإشارة في الهواء، وبالتالي إجراء إرسال لاسلكي. يتم تخصيص تردد الناقل الخاص لكل محطة راديو. عند ضبط جهاز استقبال الراديو، من المفيد معرفة أنه يجب البحث عن كييف على تردد 783 كيلو هرتز، ولينينغراد على تردد 801 كيلو هرتز.

التذبذبات الحاملة الأكثر شيوعًا هي التذبذبات الجيبية. دعونا نلقي نظرة فاحصة عليهم.

موجة جيبية

تم اختراع ساعة البندول من قبل أخصائي البصريات والميكانيكي العظيم كريستيان هويجنز في عام 1657. ومن المثير للاهتمام أن نلاحظ أن خدمة براءات الاختراع كانت موجودة بالفعل في هولندا في ذلك الوقت، وتم إصدار براءة اختراع لاختراع ساعة البندول إلى هيغنز في 16 يونيو 1657. لم يكن إنشاء ساعة غاية في حد ذاته بالنسبة للمخترع. يعتقد هيغنز أنه عند إجراء الملاحظات الفلكية (بالإضافة إلى الساعات، درس الأدوات البصرية، وعلم الفلك، ونظرية الإشعاع الضوئي)، كان ضبط الوقت الدقيق ضروريًا للغاية. وقد أكد العلم الحديث صحة هذا الرأي بشكل كامل. صحيح أن الملاحظات الفلكية الحديثة تستخدم ساعات أكثر دقة، ومعايير التردد الذري، والتي تتمتع باستقرار (دقة) يبلغ حوالي 10 -15. وهذا يعني أن الساعات الذرية تقدمت أو تأخرت بثانية واحدة خلال أكثر من ثلاثين مليون سنة!

إذا تم ربط فرشاة أو ريشة ببندول متأرجح، وتم تمديد شريط ورقي بالتساوي تحت البندول، فإن المنحنى الذي ترسمه الريشة سيكون جيبيًا. ونتيجة لذلك، فإن البندول يهتز وفقا للقانون الجيبي.

تسجيل اهتزازات البندول على شريط ورقي.

والآن تخيل أننا ننظر من خلال تلسكوب قوي للغاية إلى كوكب بعيد يدور في مدار دائري حول نجمه "الشمس". عند النظر إليها من اتجاه عمودي على المستوى المداري (على طول السهم أ)، فسنرى أن الكوكب يتحرك في دائرة. وإذا نظرت إلى المستوى المداري، على طول السهم في؟ وسنرى كيف يعبر الكوكب قرص "الشمس"، ويبتعد إلى أقصى مسافة في اتجاه واحد، ثم يعود، ويعبر قرص "الشمس" مرة أخرى، ويبتعد إلى نفس المسافة في الاتجاه الآخر. ويبدو لنا أن الكوكب يتأرجح حول نقطة توازن تتطابق مع مركز "شمسه". هذا التذبذب جيبي. لماذا تذهب إلى الفضاء للحصول على أمثلة؟ خذ كرة على خيط واجعلها تقوم بحركات دائرية. إذا نظرت إلى الكرة من الجانب، في اتجاه المحور Xسنرى تذبذبات جيبية للكرة.

إسقاط الحركة الدائرية.

إذا نظرت من الجانب الآخر، في اتجاه المحور في، سنرى مرة أخرى تذبذبات جيبية، ولكنها تحدث مع تحول بمقدار ربع دورة بالنسبة إلى الأول. لدينا بندول يتأرجح في وقت واحد في اتجاهين متعامدين (على طول المحاور Xو في). التذبذبات هي نفسها، ولكنها تتأخر بالنسبة لبعضها البعض بمقدار ربع الفترة (الدوران). يتوافق هذا التأخير مع تحول طور التذبذبات بمقدار ? /2 [إذا كانت الدورة الكاملة (الثورة) تتوافق مع الزاوية 2 ? ، ثم ربع دورة - ? /2]. وتبين أن الحركة الدائرية هي مثال على الحركة التذبذبية المعقدة، التي تتكون من حركتين جيبيتين بسيطتين. من الواضح الآن أن الشكل الجيبي هو إسقاط لنقطة تدور بشكل موحد في الوقت المناسب على اتجاه ثابت.

دعونا نشرح مع مثال ورسم بياني. دع المتجه أ؟يدور حول نقطة الأصل، ويُشار إلى زاوية الدوران بـ ف. ثم إسقاط المتجه أ؟على المحور العمودي سيكون في= أخطيئة ف. إذا أخذنا في الاعتبار أيضًا أنه مع الدوران المنتظم للزاوية فالزيادات تتناسب طرديا مع الوقت: ف = ? · ر، أين ? هي السرعة الزاوية للدوران، فنحصل على الصيغة المعروفة

في= أخطيئة ؟ر,

يصف حركة تذبذبية جيبية بسيطة. بالضبط نفس الصيغة تصف الجهد الكهربائي المتناوب، المتاح، على سبيل المثال، في مأخذ كهربائي.

الموجة الجيبية هي إسقاط لنقطة تدور بشكل موحد.

يبدو لي أنه يمكنك الآن الإجابة بسهولة على السؤال لماذا الجهد المتناوبفي الشبكة الكهربائية هو جيبي. بعد كل شيء، فإن المحرك المولد في محطة توليد الكهرباء يدور بشكل موحد. ويتم توجيه المجال المغناطيسي اللازم لتوليد التيار بشكل عمودي على محور عضو الإنتاج. إنه يحدد المحور الذي يُتوقع عليه دوران عضو الإنتاج. ومع ذلك، فإن هيكل المولد موصوف بشكل أفضل بكثير في كتاب الفيزياء المدرسي. لذلك، هناك جهد في مأخذنا الكهربائي

ش =أ· الخطيئة؟ ر.

أصبحت أسماء المعلمات المضمنة في الصيغة مختلفة قليلاً: أ- سعة الجهد، ? - التردد الزاوي، ر- لا يزال هذا هو الوقت الحالي. إذا علم ذلك الجهد الكهربائي 220 فولت، هذا لا يعني ذلك أ= 220 فولت. وفي الهندسة الكهربائية، ما لم يكن هناك بند خاص، يتم استخدام القيم الحالية للجهد أو التيار. تتوافق القيم الفعالة مع قيم التيار المباشر الذي يطور نفس القوة. قيمة سعة الجهد أو التيار أكبر مرتين من القيمة الحالية. لذلك، مع جهد شبكة فعال قدره 220 فولت، يتغير الجهد اللحظي من صفر إلى 311 فولت وفقًا لقانون الجيب و أ= 311 فولت.

دعونا نناقش لماذا يعتبر الجهد الجيبي أو شكل موجة التيار هو أبسط أشكال الموجات، أو أفضلها إلى حد ما. وكما أوضحنا سابقًا، يتم إنتاج هذا النوع من التيار بواسطة مولد كهربائي يدور بشكل منتظم. لكن ماذا لو استخدمنا بعض الحيل التقنية لجعل الشكل الحالي مختلفاً، مستطيلاً مثلاً؟ هل سيوفر هذا أي فوائد لنقل الطاقة؟ اتضح لا!

التذبذبات الجيبية.

يمكن تمثيل موجة مربعة من التيار كمجموع موجات جيبية بسيطة. الصورة توضح كيف يتم ذلك. أعلاه هو التذبذب الجيبي مع التردد و 0. تذكر أن التردد الزاوي يرتبط بالتردد الدوري العادي بالعلاقة البسيطة ? = 2? · و. تم اختيار تردد تيار الشبكة الكهربائية في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية ليكون 50 هرتز، وفي الولايات المتحدة الأمريكية 60 هرتز. وهذا يتوافق مع سرعات عضو مولد المولد البالغة 3000 و3600 دورة في الدقيقة، على التوالي. إذا كان للتذبذب الرئيسي الموضح في الشكل مع التردد و 0أضف تذبذبًا آخر بالتردد 3 و 0(المدروج الثالث للاهتزاز الأساسي) فإن شكل الاهتزاز الكلي سيتغير. دعونا نضيف أيضًا تذبذبًا توافقيًا خامسًا بتردد 5 و 0. يجب أن تتناقص السعات النسبية للتوافقيات عكسيا مع التردد. نتيجة جمع ثلاث ذبذبات مع الترددات و 0, 3و 0و 5 و 0وبسعة 1 و1/3 و1/5 تظهر في الرسم البياني السفلي. نرى هنا تقريبًا مذهلاً للموجة المربعة.

يمكن تمثيل الموجة المربعة كمجموع للتوافقيات الجيبية ذات السعات ن = أ 1/ن(أين ن = 1, 3, 5…)

أثبت عالم الرياضيات الفرنسي الكبير ج. فورييه أن أي تذبذب دوري يمكن تمثيله بمجموع أبسط، التذبذبات الجيبيةمع ترددات متعددة. مجموعتهم تسمى طيف الاهتزاز الأصلي. يمكن تصوير الطيف بيانياً عن طريق رسم الترددات أفقياً والسعات النسبية للتوافقيات عمودياً. في أغلب الأحيان، يتم توفير تقريب دقيق لشكل الاهتزاز الأصلي فقط من خلال سلسلة لا حصر لها من التوافقيات. على سبيل المثال، لإعادة إنشاء موجة مربعة متناظرة بدقة يتطلب سلسلة لا حصر لها من التوافقيات الفردية للتردد الأساسي. وبطبيعة الحال، فإن نقل مثل هذا الطيف المعقد عبر أسلاك الشبكة الكهربائية أصعب بكثير من إرسال توافقي طيفي واحد للتذبذب الجيبي. سيتم حتما إضعاف التوافقيات الأعلى في السعة، وسوف تتغير مرحلتها، الأمر الذي سيؤدي إلى تشويه الموجة المربعة المرسلة. فقط التذبذب الجيبي هو الأقل عرضة للتشويه أثناء الإرسال.

كلما قل حدوث التذبذبات، كلما طالت الفترة الزمنية (أي الوقت الذي يستغرقه إكمال تذبذب كامل) وانخفض التردد الأساسي لطيف هذه التذبذبات. الخطوط الطيفية على محور التردد أكثر كثافة. يمكن أيضًا تمثيل العملية غير الدورية بالطيف، لكن الطيف لن يتكون من خطوط طيفية فردية، ولكنه مستمر. تسمى العملية الرياضية المقابلة تحويل فورييه المتكامل. يتم استخدامه بشكل رئيسي لإشارات النبض. النمط التالي مميز: كلما كانت النبضة أقصر، كان طيفها أوسع. أعلى تردد للطيف يتناسب عكسيا تقريبا مع مدة النبضة. على سبيل المثال، نبضة مدتها 0.01 ثانية لها عرض طيفي يبلغ حوالي 100 هرتز، ونبضة مدتها 1 ميكروثانية (10 -6) لها عرض طيفي قدره 1 ميجاهرتز. من المثير للاهتمام بشكل خاص أنها قصيرة بلا حدود أو، كما يطلق عليها أيضًا، نبضات دلتا (؟-نبضات). تمتلك Ols طيفًا موحدًا ممتدًا بلا حدود (انظر الشكل).

صوت سقوط قطرة واحدة من المطر هو نقرة ضعيفة وقصيرة جداً. يحتوي على اهتزازات بجميع الترددات الصوتية الممكنة - من الأدنى إلى الأعلى. أنت بالطبع سمعت صوت المطر وتتخيله جيدًا. وهو يتألف من الأصوات الفردية لسقوط العديد من القطرات. طيف ضوضاء المطر موحد - شدته هي نفسها في جميع الترددات الصوتية. يوجد في الإلكترونيات نظير ممتاز لضوضاء المطر - ضجيج أنابيب الراديو وأجهزة أشباه الموصلات. يؤدي مرور كل حامل أولي للشحنة الكهربائية، سواء كان إلكترونًا أو أيونًا، إلى إنشاء نبضة تيار قصيرة. ويشكل مجموع العديد من هذه النبضات ضوضاء طلقة كهربائية، تشبه إلى حد كبير صوت المطر إذا تم تشغيله عبر مكبر الصوت. في الواقع، يأتي اسم "ضجيج الطلقة" من صوت طلقة تُسكب في الوعاء.

الموجة المربعة وطيفها.

هل تذكرك هذه الكلمة المألوفة "الطيف" بأي شيء؟ طيف ضوء الشمس، طيف قوس قزح، الطيف الذي تم الحصول عليه على الشاشة باستخدام منشور زجاجي... ما القاسم المشترك بين هذا وطيف الاهتزازات الكهربائية؟ الكثير. إن تحلل التذبذبات إلى الطيف هو تحلل إلى تذبذبات جيبية أولية. الضوء عبارة عن موجة كهرومغناطيسية، وهي عبارة عن اهتزاز كهرومغناطيسي منتشر. والضوء الأبيض هو مجموع عدد لا نهائي من الاهتزازات ذات الترددات المختلفة. ولهذا السبب يطلق مشغلو الراديو على الضوضاء طيفًا موحدًا باللون الأبيض.

يمكن إيجاد ترددات اهتزازات الضوء باستخدام العلاقة بين التردد والطول الموجي: و= مع/? ، أين مع- سرعة الضوء في الفراغ تساوي 3-10 8 م/ث، أو 300000 كم/ث. ومن المعروف أن العين البشرية تستجيب للموجات الكهرومغناطيسية بأطوال موجية تتراوح من 0.7 ميكرون (الضوء الأحمر) إلى 0.4 ميكرون (الضوء الأزرق). ترددات حدود النطاق المرئي هي 4·10 14 و7.5·10 14 هرتز، على التوالي، أي 400000 و750000 جيجا هرتز. لاحظ كم هذا أعلى من تردد التيار في الشبكة الكهربائية (50 هرتز)! قدم أخصائيو البصريات مفهوم "الاهتزاز أحادي اللون". مونو يعني فريد، كروموس يعني اللون. الاهتزاز أحادي اللون له تردد واحد محدد بدقة. يُنظر إلى الموجة أحادية اللون من النطاق البصري على أنها لون سميك ومشبع. إذا سبق لك أن رأيت ضوء ليزر نيون الهيليوم (شعاع أحمر رفيع)، هل لاحظت تشبع اللون الكامل؟ يبلغ طول موجة ليزر He-Ne 0.63 ميكرون ويُنظر إلى ضوءه باللون الأحمر أو الأحمر البرتقالي. لا توجد أطوال موجية أخرى في إشعاع هذا الليزر. إذا كان للموجة الكهرومغناطيسية طول مختلف، فإن العين البشرية تنظر إليها على أنها إشعاع بلون مختلف. اللون الأخضر يتوافق مع الأطوال الموجية حوالي 0.5 ميكرومتر، والأزرق - 0.4 ميكرومتر.

لقد تعلمنا أن طيف الموجة الجيبية هو أبسطها: فهو يتكون من خط طيفي واحد فقط عند تردده "الخاص" و 0. وهذا هو السبب في أن التذبذبات الحاملة لمحطات البث الإذاعي تكون جيبية تمامًا. من المستحيل السماح باستقبال نفس المحطة في وقت واحد على عدة ترددات! بعد هذا الاستنتاج، قد يأتي بعض القراء الأكثر فضوليين إلى الحيرة الكاملة: عند إرسال الإشارات عبر الراديو، من الضروري استخدام تذبذب الموجة الحاملة الجيبية، والتي لا تحمل أي معلومات! لكن المعلومات لا تزال تنتقل! وبطبيعة الحال، لا يوجد تناقض هنا. بادئ ذي بدء، تجدر الإشارة إلى أن الإشارة الأصلية التي تحمل المعلومات (التلغراف أو الكلام أو الموسيقى) تحتل طيف تردد معين. لقد تحدثنا بالفعل عن عرضه، والآن سنقوم بتصوير الإشارة والطيف بيانيا. يرجى ملاحظة أن الطيف لم يعد مبطنًا، ولكنه مستمر. فقط العمليات الدورية التي تتكرر بانتظام مع مرور الوقت لها طيف خطي. ونقل المعلومات هو عملية احتمالية عشوائية. اعتمادًا على نص البرقية، يمكن إرسال مجموعات مختلفة من النقاط والشرطات. وسوف تتوافق مع أطياف مختلفة.

النبضات وأطيافها.

لكن نطاق التردد المشترك بالنسبة لهم سيكون هو نطاق التردد المشغول المشار إليه في الرسوم البيانية. يشار إلى عرضه بالحرف في. دعونا نركب الإشارة المرسلة على الموجة الحاملة الجيبية. لن تعد الإشارة المعدلة المنبعثة على الهواء أو المنقولة عبر الخط جيبية بحتة: سيتغير اتساعها بمرور الوقت مع الرسالة المرسلة. سيصبح طيف الإشارة المنبعثة كما هو موضح في الشكل. بالإضافة إلى الخط الطيفي عند التردد و 0- الناقل - ستظهر الخطوط الجانبية. وهذان طيفان متماثلان في المرآة على جانبي الحامل. شكلها أثناء تعديل السعة يكرر تمامًا شكل طيف الإشارة الأصلية.

طيف الضوء الأبيض.

الإشارات وأطيافها.

يمكن تفسير تكوين نطاقين جانبيين في طيف اهتزازات AM رياضيًا. من الملائم أكثر أخذ دوال جيب التمام بدلاً من جيب التمام (التعبيرات أبسط وأكثر قابلية للفهم). وشكل موجة جيب التمام هو تمامًا نفس شكل الموجة الجيبية. دع الناقل أ· يكلفيتم تعديلها في السعة بواسطة تذبذب جيب التمام منخفض التردد بتردد زاوي ? . تظهر الإشارة الناتجة في الشكل. أقصى سعة لها هي (1+ م)أوالحد الأدنى - (1 - م)أ. المعلمة ممُسَمًّى عامل التعديل.

في AM لا يمكن أن يكون أكبر من واحد، لأنه بالفعل في م= 1 ينخفض ​​الحد الأدنى لسعة الإشارة إلى الصفر. لنكتب التعبير الخاص بإشارة AM:

ش= أ(1 +مكوس ؟ر)·كوس ؟ر,

أين أ- سعة الناقل؛ ? - التردد الزاوي للموجة الحاملة؛ ? - التردد الزاوي لتذبذب التعديل.

يمكن تحويل هذا التعبير بسهولة باستخدام الهوية المثلثية المعروفة

بفتح الأقواس واستخدام هذه الهوية، نحصل على

من هذا التعبير يمكن ملاحظة أن جهد الإشارة هو مجموع ثلاث تذبذبات جيبية؛ الموجة الحاملة (الحد الأول)، تردد الجانب السفلي (الحد الثاني)، وتردد الجانب العلوي (الحد الثالث). تشكل هذه التذبذبات الثلاثة طيف الإشارة للإشارة الجيبية AM. إذا كانت إشارة التعديل تحتوي على عدة إشارات مشتركة منخفضة التردد

كمين:(مصدر التعرف الضوئي على الحروف لا يحتوي على الصفحات 52، 53

وقد واجهنا بالفعل جهازًا مناسبًا تمامًا لهذا الغرض. تذكر أبسط مستشعر الموضع الزاوي لجسم الطائرة. إذا تم جعل خط راسيا صلب مع وزن في النهاية يتأرجح مثل البندول، فيمكن الحصول على إشارة كهربائية جيبية من شريحة مقياس الجهد. لا يوجد سوى "تحفظات" مهمتان لم تجد هذه الأجهزة تطبيقًا عمليًا بسببهما.

تحويل ذبذبات البندول إلى إشارة كهربائية.

الأول "لكن" هو أن تردد التذبذبات المتولدة منخفض جدًا. كم مرة في الثانية يمكن أن يتأرجح البندول؟

اثنان، ثلاثة، وربما عشرة إذا كان البندول قصيرًا بدرجة كافية. ولكن هناك حاجة إلى ترددات أعلى بكثير. والثاني "لكن" - بمجرد إطلاق البندول، فإنه سوف يتأرجح ويتأرجح ويتوقف. تسمى التذبذبات ذات السعة التي تتناقص باستمرار إلى الصفر يتلاشى. عادة ما تكون هناك حاجة إلى تذبذبات ذات سعة ثابتة، أي غير مخمد. فمن المستحيل، على سبيل المثال، السماح لمستوى صوت محطة الراديو بالانخفاض والتلاشي تدريجيًا. لذلك، نحن بحاجة إلى جهاز يدفع البندول الخاص بنا في الوقت المناسب باهتزازاته الخاصة. تم العثور على مثل هذا الجهاز في أي ساعة. كتلة الأوزان أو قوة الزنبرك من خلال عجلة الهروب تدفع البندول بشكل دوري، ولا تتوقف الساعة. حقًا، هذا الاختراع العبقري - الساعة - هو نظير ميكانيكي لمولد إلكتروني للتذبذبات المستمرة.

لزيادة التردد، من الضروري تقليل حجم البندول. في هذه الحالة، يكون من الملائم أكثر استخدام القوة المرنة، بدلاً من الجاذبية، لإعادة البندول إلى موضعه الأصلي بعد كل تذبذب. هذه هي الطريقة التي يعمل بها البندول الربيعي. يزداد تردده مع زيادة مرونة التعليق وانخفاض كتلة الحمل. ثم يمكنك التخلي تمامًا عن الزنبرك - دع مرونة مادة الوزن نفسها تعمل! مثال على هذا البندول هو قضيب مرن أو صفيحة تتأرجح في السمك. يبقى السؤال هو كيفية جعل السجل يهتز. يمكنك ضربها. لكن التذبذبات سوف تخمد. من أي وقت مضى لعبت إكسيليفون؟ حتى لو لم تكن قد لعبت بها، يمكنك أن تتخيل هيكل هذه الآلة الموسيقية. تنتج المطرقة التي تضرب اللوحة صوتًا، وتتوافق درجة النغمة مع تردد اهتزاز اللوحة. يرجى ملاحظة: كلما كان السجل أصغر، كلما زاد تردد الاهتزازات التي يصدرها، وكلما ارتفعت نغمة الصوت. وسيقع تردد اهتزاز اللوحة المرنة ذات الأبعاد الأقل من سنتيمتر في نطاق الموجات فوق الصوتية غير المسموع ويمكن أن يصل إلى عشرات الملايين من الاهتزازات في الثانية (عشرات الميجاهيرتز). كيف يمكنك بناء عجلة هروب مناسبة لمثل هذه الترددات العالية؟ ولحسن الحظ، فإن الطبيعة نفسها تأكدت من أن المخترعين لم يخترعوا مثل هذه "العجلات الصغيرة".

البندول الربيعي وتذبذبات القضيب على طول السماكة.

بعض المواد البلورية، بما في ذلك الكوارتز وملح روشيل وعدد من السيراميك الاصطناعي، لها تأثير كهرضغطية. إذا تم ضغط البلورة، تظهر الشحنات الكهربائية على سطحها. تمتد - ستظهر الرسوم مرة أخرى، ولكن العلامة المعاكسة. كيف يمكن تفسير ذلك جسديا؟ نعم، بكل بساطة، باستخدام مثال يومي. يبرز مسمار من نعل حذائك، ويصبح المشي مؤلمًا؛ تتسلح بمطرقة وكماشة، وتخلع حذائك، ولا تجد أي مسمار. نرتدي الحذاء مرة أخرى، وندوس عليه - إنه مؤلم! السبب واضح: يبرز الظفر فقط تحت ثقل القدم، مما يضغط على النعل، والذي في نفس الوقت يتشوه ويقل سمكه. تحتوي البلورة الكهرضغطية على شبكة من الأيونات الموجبة ونفس الشبكة من الأيونات السالبة، كما لو كانت مدمجة في الشبكة الأولى. عندما تتشوه البلورة، تبرز الأيونات الموجبة إلى الخارج، مثل المسامير من النعل، مما يخلق شحنة موجبة على ذلك السطح. وتظهر الأيونات السالبة على السطح المقابل، مما يؤدي إلى توليد نفس الشحنة ذات الإشارة المعاكسة. تغيرت علامة التشوه (مضغوطة بدلا من ممدودة)، وتغيرت أيضا علامة الشحنات الموجودة على سطوح البلورة.

اهتزازات البلورة الضغطية.

عندما يتأرجح عنصر كهرضغطية (ما يسمى باللوحة الكهرضغطية المقطوعة من البلورة)، تظهر شحنة متناوبة على سطح اللوحة، وتتغير وفقًا لقانون جيبي مع تكرار تذبذباتها. يمكن إزالة الشحنة وتضخيمها بواسطة مضخم خاص للاهتزازات الكهربائية وإعادتها إلى اللوحة. يحدث التأثير الكهرضغطي العكسي عندما يتم نقل الشحنة إلى اللوحة؛ وبالتالي، يمكن الحفاظ على التذبذبات غير المخمدة في اللوحة الكهرضغطية.

تتمتع مرنانات الكوارتز الكهرضغطية بثبات عالٍ بشكل خاص للتغيرات في درجات الحرارة والمعايير البيئية الأخرى. لذلك، يتم استخدام المولدات ذات مرنانات الكوارتز على نطاق واسع للحصول على تذبذبات مستمرة تردد عالي. مرئي ساعة كوارتز؟ ربما لديك بالفعل مثل هذه الساعة؟ قلبهم مذبذب بلوري. يتم تقسيم ذبذباتها عالية التردد على التردد باستخدام دوائر متكاملة، وبالتالي الحصول على نبضات ثانية ودقيقة وساعة وغيرها. وهم بدورهم يتحكمون في حركة السهم أو قراءات المؤشر الرقمي. تبلغ درجة عدم استقرار ساعات الكوارتز، أي دقة حركتها، حوالي 3·10 -6. وهذا يعني أن ساعات الكوارتز "تخسر" أقل من ثانية واحدة كل بضعة أيام. هذه هي الطريقة التي تم بها مرة أخرى، في أيامنا هذه، تأكيد رؤية كريستيان هويجنز، الذي اختار فترة تذبذب البندول كمعيار للوقت!

يتوفر مذبذب بيزوكوارتز في أي محطة إذاعية. ويسمى السيد لأنه يحدد تردد الإشارة التي تبثها المحطة. يبلغ استقرار مذبذبات الكوارتز ذات التردد الراديوي 10 -6 ... 10 -7، ومع التثبيت الحراري للكوارتز والتصميم الدقيق بشكل خاص للمذبذب الرئيسي بأكمله، يمكن أن يصل إلى 10 -12. تتمتع المذبذبات الكريستالية بالعديد من المزايا، ولكن في نفس الوقت لها أيضًا عيب واحد مهم - لا يمكن ضبط التردد. في فجر تكنولوجيا الراديو بيزو مرنانات الكوارتزلم يتم استخدامها، ولم تكن هناك تكنولوجيا الإنتاج المقابلة. كانت الدائرة التذبذبية بمثابة مرنان، أي جهاز يتأرجح بتردد محدد للغاية. يتم استخدامه الآن على نطاق واسع جدًا في أي أجهزة راديو: أجهزة الإرسال وأجهزة الاستقبال ومكبرات الصوت الرنانة وغيرها الكثير.

تتكون الدائرة التذبذبية من عنصرين فقط - مغو لومكثف مع. وبما أن كل جزء من هذه الأجزاء يحتوي على طرفين فقط، فمن المنطقي توصيلهما معًا، كما هو موضح في الشكل. والنتيجة هي دائرة تذبذبية متوازية.

الدائرة التذبذبية.

المكثف والملف ودودان للغاية ويتصرفان على هذا النحو. إذا كان هناك بعض الشحن على المكثف، فإنه يتدفق على الفور من خلال الملف، مما يخلق تيارًا فيه. يظهر مجال مغناطيسي حول لفات الملف. تخلى المكثف عن شحنته بالكامل، ووصل التيار المار في الملف إلى الحد الأقصى. لكن الملف لا يبقى مدينًا: فالمجال المغناطيسي الناتج يحافظ على التيار لبعض الوقت (ربع فترة التذبذب) وهذا التيار يعيد شحن المكثف. تخلى الملف أيضًا عن كل شيء - فقد استُنفدت طاقته بالكامل، ولكن تم شحن المكثف مرة أخرى وكان الاحتياطي تقريبًا نفس مقدار الطاقة التي كان قد أعطاها للملف سابقًا. مرة أخرى يتم تفريغها على الملف، لتشكل نصف موجة ثانية، أو نصف دورة ثانية من التذبذب. وبالتالي، فإن المساعدة المتبادلة بين صديقين، ملف ومكثف، تجعل من الممكن الحصول على تذبذبات كهربائية. ومع ذلك، سيتم تخميد التذبذبات بسبب فقدان الطاقة الحتمي في المقاومة النشطة (أي الفعلية، الحقيقية) لأسلاك الملف، وتوصيل الموصلات، والخسائر في عازل المكثف وفي المادة التي يتكون منها إطار الملف .

يتم إعطاء طاقة المكثف للملف ويتم إعطاء طاقة الملف للمكثف.

بالنسبة لأي مرنان، يمكنك تحديد معلمة تسمى عامل الجودة ويشار إليها بالحرف س(من الإنجليزية جودة -الجودة والخير). لكي لا نتفلسف لفترة طويلة باستخدام الرياضيات، سنحدد عامل الجودة ليس بشكل صارم للغاية، ولكنه بسيط وواضح من الناحية المادية: عامل الجودة يساوي عدديًا عدد التذبذبات التي يقوم بها المرنان أثناء عملية بنائه. التوهين. وبشكل أكثر دقة، فإن عامل الجودة يساوي عدد التذبذبات التي يتم إجراؤها حتى ينخفض ​​اتساعها إلى حوالي 1/10 من القيمة الأصلية. على سبيل المثال، إذا تم دفع البندول الميكانيكي وتأرجحه 15 مرة، فإن عامل الجودة الخاص به يساوي 15. ويكون عامل الجودة للبندول الميكانيكي عادةً 10...200. يمكن أن يكون لدائرة LC التذبذبية ذات الترددات الراديوية التقليدية نفس قيمة عامل الجودة تقريبًا. لكن مرنانات بيزوكوارتز لها عامل جودة يصل إلى عدة مئات الآلاف. وهذا، بالمناسبة، هو أحد الأسباب التي تجعل مذبذبات الكوارتز المستقرة تتميز بثبات التردد العالي. إن استقرار تردد المولدات المصنوعة على دوائر LC هو أسوأ بعدة مراتب.

يعتمد معدل توهين التذبذبات في الدائرة على عامل الجودة.

يتم تحديد معدل إعادة شحن المكثف بواسطة ملف في دائرة متذبذبة من خلال سعته ومحاثاته، وبالتالي فإن فترة التذبذب تعتمد فقط على هذه الكميات. وفقا لصيغة طومسون المعروفة

ت = 2? ?(ل· ج).

تردد التذبذب يتناسب عكسيا مع الفترة و = 1/ت.

تحدث التذبذبات في الدائرة وفقًا للقانون الجيبي بنفس طريقة تذبذبات البندول الميكانيكي.

يمكن تغيير التردد (يقولون تردد الضبط) للدائرة المتذبذبة عن طريق تغيير سعة المكثف أو محاثة الملف. يوجد مكثف متغير في أي جهاز استقبال راديو. هذه هي الطريقة التي يتم بها إنشاء كتلة مزدوجة من المكثفات المتغيرة (VCA) مع عازل الهواء.

تكون مجموعة صفائح الجزء الثابت ثابتة، وعندما يدور المحور، تتحرك صفائح الجزء الثابت إلى الفجوات الموجودة بين ألواح الجزء الثابت، وبالتالي زيادة سعة كل من المكثفات الموجودة في الكتلة. باستخدام وحدة KPI المزدوجة، يمكن ضبط تردد دائرتين تذبذبيتين في وقت واحد، وهو ما يحدث في أجهزة الاستقبال الراديوية الحديثة. يتم استخدام الضبط بواسطة الحث بشكل أقل تكرارًا، ويرجع ذلك أساسًا إلى صعوبة تغيير الحث على نطاق واسع. الطريقة الرئيسية لتغيير الحث هي دفع النواة المغناطيسية داخل الملف.

يركز القلب ويضخم التدفق المغناطيسي، وبالتالي يزيد من الحث. يوجد قلب برغي ضبط في كل مغو تقريبًا. إنه يعمل على التعديل الأولي للمحاثة عند إعداد وضبط جهاز الاستقبال أو أي جهاز آخر. لا توجد كتلة KPI في أجهزة الاستقبال في السيارة؛ يتم ضبط هذه المستقبلات تقليديًا عن طريق الحث. لا أستطيع التخمين لماذا؟ السبب بسيط: عند القيادة على طرق وعرة، تهتز لوحات وحدة علبة التروس، مما يؤدي إلى تعطيل ضبط جهاز الاستقبال!

عندما تهتز ألواح مكثف الهواء، تتغير سعته.

لذلك، يتم استخدام دائرة تذبذبية في أجهزة الاستقبال الراديوية لضبط تردد محطة الراديو المطلوبة. في أي مكان آخر؟ في العديد من الأجهزة المختلفة! في أجهزة الإرسال الراديوية، على سبيل المثال، يتم تثبيت مرنان الكوارتز فقط في المذبذب الرئيسي، والذي يحدد تردد الإشارة المنبعثة من محطة الراديو. ولكن بعد المذبذب الرئيسي، تتبع مراحل تضخيم الطاقة، ولا يمكن استخدام مرنانات الكوارتز فيها - فالبلورة ستتفتت إلى غبار بقوة التذبذبات عالية التردد التي تميز هذه المراحل. ويمكن أن تعمل الدائرة التذبذبية بأي قوة، طالما أن الملف ملفوف بسلك سميك بدرجة كافية والمكثف به فجوة كافية بين الألواح (وإلا فإن الشرر سوف يقفز عبر المكثف!).

تُستخدم الدوائر التذبذبية أيضًا في مكبرات الصوت ذات التذبذبات عالية التردد. على عكس مكبرات الصوت ذات التردد المنخفض وغير الدورية، تسمى مكبرات الصوت عالية التردد رنين. إنها تضخم فقط اهتزازات تلك الترددات التي يتم ضبط دوائرها التذبذبية عليها. حتى قبل عشرة إلى خمسة عشر عامًا، لم يكن من الممكن بناء مكبر صوت عالي التردد بدون دوائر متذبذبة - فالعناصر النشطة أو المصابيح أو الترانزستورات في ذلك الوقت لم تسمح بذلك. لكن الزمن يتغير، ومع تطور الترانزستورات عالية التردد الرائعة، أصبح من الممكن إنشاء مكبرات صوت تعمل بشكل جيد على قدم المساواة عبر نطاق تردد ضخم - من الصوت إلى الترددات العالية جدًا، على سبيل المثال من 300 هرتز إلى 300 ميجا هرتز! لكن مثل هذا النطاق الترددي الواسع ليس مطلوبًا دائمًا بأي حال من الأحوال، ومن ثم لا تزال مكبرات الصوت الرنانة التقليدية ذات الدوائر المتذبذبة في كل مرحلة تستخدم على نطاق واسع.

هناك تطبيق آخر مهم جدًا للدوائر التذبذبية، في الواقع، ليست حتى دوائر، بل عدد معين من الملفات والمكثفات المتصلة وفقًا لدائرة معينة. يشكل نظام هذه العناصر مرشحًا كهربائيًا. دعونا نتحدث عنها بمزيد من التفصيل، ولكن أولا دعونا نتعرف على ما هو شائع في جميع الحالات الموصوفة لاستخدام الدائرة التذبذبية؟ الجواب موجود في عنوان الفقرة التالية.

تتالي مضخم الترانزستور الرنيني.

ظواهر الرنين

تعتبر ظاهرة الرنين في الإلكترونيات الراديوية من سمات جميع الدوائر التي تشمل المحاثات والمكثفات، أي العناصر التفاعلية. العنصر التفاعلي، على عكس المقاوم البسيط النشط، قادر على تخزين وإطلاق الطاقة، مما يحدد إمكانية العمليات التذبذبية. تُستخدم الدوائر التذبذبية في أجهزة الاستقبال اللاسلكية وأجهزة الإرسال ومكبرات الصوت والمرشحات - أي أينما توجد تذبذبات كهربائية بالفعل ويجب أن تستجيب الدائرة لها. على ماذا يعتمد "مقياس استجابة" الدائرة التذبذبية (دعنا نسميها الآن مجرد دائرة للإيجاز) للاهتزازات الخارجية؟ باستخدام طريقة القياس المجربة والصحيحة، دعونا نلقي نظرة على مثالين.

المثال الأول هو مع السفينة. إذا تمت إمالة السفينة ثم تُركت لأجهزتها الخاصة، فلن تعود فورًا إلى وضعها المستقيم. من خلال القصور الذاتي، سوف يتجاوز موضع التوازن، ويتأرجح في الاتجاه الآخر، وبعد إجراء عدة تذبذبات، سيتخذ أخيرًا وضعًا رأسيًا. ليس من الضروري تجربة سفينة كبيرة - يمكنك إجراء التجربة باستخدام قارب لعبة في حوض استحمام مائي. ومن خلال التجربة، يمكن تحديد فترة التذبذبات الطبيعية، أي الوقت الذي تحدث فيه اهتزازة كاملة واحدة. بالنسبة للسفن المتوسطة والكبيرة (ليست لعبة، ولكن حقيقية، بالطبع)، فإن فترة التذبذبات الطبيعية عادة ما تكون 5...10 ثانية.

تخيل الآن أن السفينة تهتز بفعل الأمواج القادمة. إذا كانت الأمواج صغيرة وتحدث بشكل متكرر، فإن السفينة الكبيرة لا تتفاعل معها بأي شكل من الأشكال. تتناثر الأمواج على الجوانب فقط، دون أن تسبب تأرجحًا. حالة متطرفة أخرى: تتدفق موجات طويلة جدًا ويكون دورها أكبر بكثير من زمن اهتزازات السفينة. يمكن أن تكون هذه الموجات، على سبيل المثال، موجات تسونامي. من الصعب جدًا، إن لم يكن من المستحيل، ملاحظتها في البحر المفتوح، فهي طويلة جدًا. ترتفع السفينة بسلاسة شديدة إلى الموجة التالية، كما تنحدر بسلاسة أيضًا إلى الحوض الصغير بين الأمواج، ويحدث هذا دون أن يلاحظه أحد على الإطلاق ممن هم على متن السفينة. لكن هذا لا يمكن أن يقال عن سكان الساحل، لأن الجميع يعلم ما تحمله أمواج تسونامي من طاقة هائلة وما هي الدمار الذي تسببه على الشاطئ! ليس من قبيل الصدفة أن تكون هناك خدمة تسونامي تحذر من اقتراب هذه الموجات المدمرة. بعد تلقي تحذير، تحاول السفن التحرك أكثر في البحر المفتوح، ويحاول سكان المناطق الساحلية الإخلاء بعيدًا عن الساحل إلى مناطق الأراضي المرتفعة.

حسنًا، ماذا لو كانت الفترة الزمنية للموجات القادمة مساوية أو قريبة من فترة اهتزازات السفينة؟ هذا هو المكان الذي يبدأ فيه كل شيء! حتى لو لم تكن الأمواج كبيرة جدًا، فإن السفينة تهتز كثيرًا. يتساقط سطح السفينة ببطء وبشكل مؤلم من تحت قدميك في مكان ما إلى الأسفل وعلى الجانب. وبمجرد أن تتكيف مع الوضع المائل بالنسبة لجدران المقصورة والهياكل الفوقية والصواري والأفق، فإن سطح السفينة يدعمك فجأة من الأسفل، ويحملك إلى مكان ما إلى الأعلى (وفي الوقت نفسه، يتجمد شيء ما بالداخل بشكل لطيف ومثير للغثيان). ) ، وتنتظر مرة أخرى دون أي أمل ، متى تنتهي هذه الحركة المرهقة للجسد والروح أخيرًا! أتمنى ألا أكون قد أخافتك أيها القارئ كثيرًا بوصف موجز لبداية دوار البحر. أردت فقط التأكيد على أنه عندما تتزامن فترات التذبذبات الخارجية والطبيعية، تكون استجابة السفينة هي الحد الأقصى.

تكون حركة السفينة قوية بشكل خاص أثناء الرنين.

مثال آخر، وفي نفس الوقت تجربة. خذ الوزن واربطه بخيط بطول 20...30 سم، أمسك الخيط من الطرف الحر وأرجح يدك من جانب إلى آخر، ببطء شديد في البداية. إن تأرجح الذراع في هذه التجربة سيكون له تأثير خارجي. تأكد من أن مدى التأثير الخارجي هو نفسه في جميع الحالات - يكفي تحريك يدك بمقدار 1...2 سم فقط في كل اتجاه. عندما تحرك يدك ببطء، يتتبع الوزن التأثير الخارجي بدقة، ويظل الخيط دائمًا عموديًا. لاحظت هذه النتيجة؟ الآن قم بتسريع حركة يدك. يزداد تواتر التأثير الخارجي، كما تزداد سعة تأرجحات البندول، على الرغم من أن سعة التأثير الخارجي تظل كما هي! وأخيرا، تأتي اللحظة التي يتأرجح فيها البندول بقوة شديدة. إن سعة اهتزازاتها تتجاوز بكثير سعة التأثير الخارجي. وتسمى هذه الظاهرة صدى. زيادة وتيرة تقلبات الذراع. ستنخفض سعة اهتزازات البندول بشكل ملحوظ، وإذا قمت بتحريك يدك بسرعة كبيرة، بتردد عالٍ، فسيظل الوزن في مكانه تقريبًا بسبب القصور الذاتي.

الملاحظة التجريبية للرنين.

بعد أن أجرينا تجربة فيزيائية، لم نقم إلا بنصف المهمة. أما النصف الثاني، وهو الأهم، فهو فهم النتائج ومعالجتها. ومن الأفضل والأكثر وضوحاً تصوير نتائج التجربة بيانياً، وهو ما سنفعله الآن.

دعونا نرسم تردد التأثير الخارجي على المحور الأفقي ووعلى طول المحور الرأسي - سعة تذبذبات البندول أ. عند تردد منخفض جدًا للتأثير الخارجي (حركة اليد البطيئة)، يكون سعة التذبذبات أمساوية لحجم التأثير الخارجي في.

عند الرنين، عندما يتطابق تردد اهتزاز اليد مع التردد الطبيعي للبندول و 0، سعة التذبذبات هي الحد الأقصى، وهو ما يظهر بوضوح على الرسم البياني. وأخيرًا، عندما يكون تواتر التأثير الخارجي أكبر بكثير من تواتر التذبذبات الطبيعية و >> و 0، فإن سعة التذبذبات تصبح صغيرة إلى حد التلاشي. ما حصلنا عليه على الرسم البياني يسمى منحنى الرنين. وقد تم تحديده بشكل تجريبي مرارا وتكرارا لمختلف الأنظمة التذبذبية (البندولات، الجسور، السفن، الدوائر الكهربائية) وتم حسابه مرارا وتكرارا من الناحية النظرية.

منحنى الرنين.

هناك علم جاد ومعقد للغاية، وهو نظرية التذبذبات، التي تدرس أنواعًا مختلفة من الحركات التذبذبية في الميكانيكا والصوتيات المائية والإلكترونيات والعديد من مجالات التكنولوجيا الأخرى. ومن الغريب أن يتم وصف مثل هذه الاهتزازات غير المتجانسة بنفس المعادلات الرياضية، وهو ما يفسر الطبيعة المتطابقة (التذبذبية) للحركة. وبطبيعة الحال، فإن البندول المرتجل الذي تناولناه - وهو ثقل على خيط - يمثل أبسط حالة لنظرية التذبذبات.

لكننا انجرفنا مرة أخرى في البندول ونسينا تقريبًا الدائرة التذبذبية الكهربائية. كيف تحدث العمليات فيه عند تعرضه لضغوط خارجية؟ نعم نفس الشيء تماما!

لإدخال جهد خارجي في الدائرة، سيتعين عليك قطع أحد الأسلاك التي تربط المكثف بالملف، وتوصيل مصدر قوة دافعة خارجية بهذه الفجوة في. الآن لدينا دائرة تذبذبية متسلسلة. سوف نلاحظ سعة التذبذبات عن طريق قياس الجهد أعلى مكثف الدائرة. يمكن القيام بذلك باستخدام راسم الذبذبات أو الفولتميتر المتردد. لا يزال يتم تحديد التردد الطبيعي للدائرة بواسطة الحث والسعة. يتم حسابه باستخدام صيغة طومسون التي نعرفها بالفعل

دائرة تذبذبية مع مصدر EMF.

سيقول القارئ اليقظ: "كانت هناك صيغة مختلفة في الصفحة 58!" في الواقع، الصيغة هي نفسها، لأن تكرار التذبذبات يتناسب عكسيا مع الدورة و 0 = 1/ت. ولكن تردد تأثير الجهد الخارجي في- سنتغير الآن من الصفر إلى قيم كبيرة جدًا. التردد الصفري يعني عدم وجود تذبذب، أي الجهد المستمر. وبطبيعة الحال، في هذه الحالة الجهد عبر المكثف أيساوي بالضبط المطبقة بلأن ملف التيار المباشر يمثل مقاومة صغيرة جدًا، والمكثف له مقاومة كبيرة جدًا. عند تردد الجهد الخارجي صفر، نحصل على نقطة البداية لمنحنى الرنين. عندما يكون تردد التأثير الخارجي قريبًا من التردد الطبيعي للدائرة، تكون استجابة الدائرة هي الحد الأقصى وتكون سعة الجهد المتردد على المكثف أكبر بكثير من سعة المجال الكهرومغناطيسي الخارجي. هذه هي ذروة منحنى الرنين. وفي الترددات العالية جدًا، تميل استجابة الدائرة إلى الصفر، وهو ما يفسره زيادة في تفاعل الملف وانخفاض في تفاعل المكثف. باختصار، تبين أن منحنى الرنين هو نفسه تمامًا بالنسبة لوزن البندول الميكانيكي الموجود على وتر.

يطرح سؤال طبيعي: ما مقدار سعة الاهتزازات عند الرنين؟ الدقةأكبر من السعة الأولية للتأثير الخارجي في. يعتمد هذا على إحدى الخصائص المهمة جدًا للنظام التذبذبي - عامل الجودة الخاص به س. عامل الجودة يساوي النسبة أ الدقة / ب. كلما انخفض فقدان طاقة التذبذب داخل النظام - بسبب الاحتكاك في البندول، بسبب التغلب على المقاومة الأومية للملف في الدائرة، كلما زاد عامل الجودة. لقد تحدثنا بالفعل عن عامل الجودة؛ وهو يساوي تقريبًا عدد التذبذبات التي يتم إجراؤها في نظام "متروك لنفسه"، أي عدد التذبذبات الحرة المخمدة.

منحنيات الرنين للدوائر ذات عوامل الجودة المختلفة ( س1 > س2 > س3)

يوضح الرسم البياني منحنيات الرنين للأنظمة التذبذبية مع عوامل الجودة المختلفة - عالية س 1، معتدل س 2وصغيرة س 3.

في الدوائر التذبذبية للهندسة الراديوية، عادة ما تسعى جاهدة للحصول على الحد الأقصى لعامل الجودة. يعد هذا مفيدًا في الحالات التي يتم فيها استخدام الجزء العلوي والأكثر حدة من منحنى الرنين، على سبيل المثال، لضبط تردد محطة البث. لمثل هذه الدوائر، يتم تحديد عرض النطاق الترددي 2 ؟وكالمسافة (في التردد) بين النقاط التي ينخفض ​​فيها سعة التذبذب إلى 0.7 من قيمة الرنين. يرتبط عرض النطاق الترددي مرة أخرى بعامل الجودة:

على سبيل المثال، لكي تكون الدائرة التي تم ضبطها على تردد محطة الراديو لبرنامج All-Union الثاني "Mayak" 549 كيلو هرتز لديها عرض نطاق 11 كيلو هرتز، يجب أن يكون عامل الجودة الخاص بها مساويًا لـ 50. ومن المناسب ملاحظة ذلك هنا يضمن عرض النطاق الترددي للدائرة إرسال نطاقين جانبيين لإشارة AM المقابلة للترددات الصوتية التي تصل إلى 5.5 كيلو هرتز، مما يوفر إعادة إنتاج مرضية لبرامج الموسيقى. هل يجب أن نسعى دائمًا للحصول على عامل الجودة العالي للدائرة؟ اتضح أن لا، وهناك عدد من الدوائر الكهربائية، حيث ليس هناك حاجة إلى عامل الجودة العالية على الإطلاق. وسوف نركز عليهم.

المرشحات الكهربائية

مبدأ "كلما كان ذلك أفضل" ليس صحيحًا دائمًا. السفينة كنظام تذبذب لا تحتاج إلى عامل جودة عالية. خلاف ذلك، إذا دخل في صدى مع الأمواج القادمة، فسوف يهتز بحيث يبدأ في جمع الماء بجوانبه، ودفن أنفه تحت الماء وما شابه ذلك من الظواهر غير السارة. وبالتالي، عند تصميم ملامح الجزء الموجود تحت الماء من السفينة، يجب على المرء أن يسعى جاهداً للحصول ليس فقط على الحد الأدنى من المقاومة للحركة الأمامية، وهو ما يحدث عادةً، ولكن أيضًا أقصى مقاومة للتدحرج. وليس هناك حاجة إلى عامل جودة عالي جدًا للتعليق الزنبركي أو الزنبركي للسيارة. لنفترض للحظة أنه يساوي عشرة. بعد ذلك، بعد القيادة عبر سلسلة من الحفر على الأسفلت بعمق 5 سم، يمكن للسيارة القفز نصف متر! سيحدث هذا إذا كان للصدمات الناتجة عن الحفر صدى مع اهتزازات السيارة.

يمكن أن يتسبب التعليق عالي الجودة في وقوع حادث.

سوف نسمح للقارئ بتقدير "سحر" مثل هذه الرحلة، ولكننا نلفت انتباهه إلى حقيقة أن تعليق السيارة لا يمكن تصوره بدون ممتصات الصدمات - وهي أجهزة خاصة تمتص طاقة الاهتزاز وتقلل من عامل الجودة لتعليق السيارة إلى حوالي 1…3. حسنًا، الآن بعد هذا الإعداد "الميكانيكي"، دعنا ننتقل إلى الإلكترونيات. لنفترض أنك بحاجة إلى تمرير نطاق معين من الترددات الصوتية إلى مكبر الصوت. تأتي الإشارة من جهاز استقبال راديو، أو موالف، كما يُطلق على جهاز استقبال الراديو نفسه الآن بدون مضخم صوت. ويرافق الإرسال ضوضاء صفير عالية النبرة. من الطبيعي أن تضعف الصافرة. في هذه الحالة، سوف يساعد مرشح الترددات المنخفضة. تتوافق خاصية تردد السعة مع منحنى الرنين لدائرة ذات عامل جودة منخفض جدًا، قريب من الوحدة. يتم تمرير جميع الترددات من أدنى تردد إلى تردد الرنين من خلال المرشح دون توهين، ويتم توهين الترددات الأعلى. ولكن كيف يمكن تقليل عامل جودة الدائرة إلى الوحدة؟

خذ مغوًا سيئًا للغاية بمقاومة أومية عالية؟ أو مكثف ذو عزل ضعيف بين الألواح؟ بالطبع، هذه ليست أفضل طريقة للخروج من الوضع. بعد كل شيء، سيتم فقدان طاقة الإشارة بلا فائدة في أسلاك الملف أو في عازل المكثف. يعد توصيل الحمولة بالدائرة أكثر ربحية، في مثالنا - مقاومة الإدخال لمضخم الصوت. ثم سينخفض ​​عامل جودة الدائرة، وسوف تذهب طاقة التذبذب الممتصة إلى حيث تكون هناك حاجة إليها. وهذه مجرد حالة نادرة عندما "يتم إطعام الذئاب وتكون الأغنام آمنة".

يوضح الشكل دائرة مرشح تمرير منخفض بسيط على شكل حرف L.

ز-مرشح تمرير منخفض على شكل.

لا يزال المكثف والملف يشكلان دائرة متذبذبة؛ حيث يتم توفير إشارة دخل إلى الفجوة الموجودة في أحد الأسلاك المتصلة، ويتم توصيل حمولة موازية للمكثف، في مثالنا، مقاومة الإدخال لمضخم الصوت. دعونا نقدم علاقات بسيطة للغاية تسمح لك بتحديد قيم العناصر المضمنة في الفلتر. عامل الجودة للدائرة، والذي يسمى الآن قسم التصفية، يتم تحديده بنسبة مقاومة الحمل ومفاعلة المكثف أو الملف.

لماذا "أو"؟ لأنه عند تردد الرنين تكون مفاعلات المكثف والملف متساوية! أذكر أن سعة المكثف X س = 1/2?و مع ج، والمفاعلة الحثية للملف اكس ل = 2?و مع L. يسمى تردد الرنين للمرشح تردد القطع. عندما يكون تردد إشارة الدخل مساوياً لتردد الرنين للدائرة، أو، كما يقولون، تردد القطع للمرشح، اكس ل = X س. وعامل جودة الدائرة س = ص ن/اكس ل = ص ن/X س. وبالتالي، عند س= 1 نحصل على الفلتر ل = ص ن/2؟و ق، ج = 1/2 ?و مع R ن. يمكن استخدام هذه الصيغ البسيطة بنجاح عند حساب عوامل التصفية.

من كتاب قواعد التركيبات الكهربائية في الأسئلة والأجوبة [دليل الدراسة والاستعداد لاختبار المعرفة] مؤلف كراسنيك فالنتين فيكتوروفيتش

سؤال الآلات الكهربائية. ما هي الآلات الكهربائية التي يمكن استخدامها في المناطق الخطرة من أي فئة؟ يمكن استخدام الآلات الكهربائية ذات فئة الجهد التي تصل إلى 10 كيلو فولت، بشرط أن يكون مستوى الحماية من الانفجار أو درجة حماية العلبة

من كتاب النظام صيانةوإصلاح المعدات الصناعية العامة: الدليل مؤلف ياشورا ألكسندر إجناتيفيتش

الأجهزة الكهربائية ومحركات الأقراص السؤال. تحت أي ظروف يمكن استخدام الأجهزة والأدوات الكهربائية في المناطق الخطرة؟ يمكن استخدامها بشرط أن يكون مستوى الحماية من الانفجار أو درجة حماية القشرة وفقًا لـ GOST 14255-69 يتوافق مع المسموح به

من كتاب نظام صيانة وإصلاح معدات الطاقة: الدليل مؤلف ياشورا ألكسندر إجناتيفيتش

سؤال عن ماكينات الرفع الكهربائية. ما هو مستوى الحماية من الانفجار الذي يجب أن تكون عليه المعدات الكهربائية للرافعات والرافعات والمصاعد وما إلى ذلك، الموجودة في المناطق المتفجرة والتي لا تتعلق مباشرة بالعملية التكنولوجية (على سبيل المثال، رافعات التجميع و

من كتاب تاريخ الهندسة الكهربائية مؤلف فريق من المؤلفين

سؤال المصابيح الكهربائية. ما هو نوع وحدات الإنارة المسموح بها للإضاءة في الغرف ذات المناطق المتفجرة من أي فئة وفي بيئة لا توجد بها وحدات إنارة بمستوى الحماية المطلوب من الانفجار؟ يسمح باستخدام المصابيح

من كتاب المؤلف

سؤال الآلات الكهربائية. تحت أي ظروف يمكن استخدام الآلات الكهربائية ذات فئات الجهد التي تصل إلى 10 كيلو فولت في المناطق الخطرة من الحرائق من أي فئة؟ يمكن استخدامها بشرط أن تتمتع أغلفةها بدرجة من الحماية وفقًا لـ GOST 17494-72 لا تقل عن تلك الموضحة في الجدول. 7.4.1

من كتاب المؤلف

سؤال الأجهزة والأدوات الكهربائية. ما هي الأجهزة الكهربائية والأدوات والخزائن والمجموعات الطرفية التي يمكن استخدامها في المناطق الخطرة للحريق؟ يمكن استخدامه بدرجة حماية لا تقل عن المحددة في الجدول. 7.4.2 (7.4.20) الجدول 7.4.2 الحد الأدنى للدرجات المسموح بها

من كتاب المؤلف

سؤال آليات الرفع الكهربائي. ما هو الكابل الذي يجب استخدامه لتشغيل آليات الرفع (الرافعات، الرافعات، إلخ) في المناطق الخطرة من الحرائق من الفئتين PI وP-II؟ يجب أن يكون مصنوعًا بكابل مرن محمول مزود بموصلات نحاسية وعازل مطاطي

من كتاب المؤلف

سؤال المصابيح الكهربائية. ما الذي يجب أن يكون عليه تصميم وحدات الإنارة بمصابيح DRL؟ يجب أن تمنع المصابيح من السقوط. يجب أن تحتوي تركيبات المصابيح المتوهجة على زجاج سيليكات صلب يحمي المصباح. يجب ألا يكون لديهم عاكسات و

من كتاب المؤلف

10. الآلات الكهربائية: تتوفر تعليمات الصيانة والإصلاح للأنواع التالية من الآلات الكهربائية: غير المتزامنة، والمتزامنة، والثابتة

من كتاب المؤلف

7. الآلات الكهربائية: تتوفر تعليمات الصيانة والإصلاح للأنواع التالية من الآلات الكهربائية: غير المتزامنة، والمتزامنة، والثابتة

من كتاب المؤلف

8. الشبكات الكهربائية يتم تقديم تعليمات الصيانة والإصلاح في هذا القسم للشبكات الكهربائية للأغراض التالية: خطوط الكهرباء الهوائية (VL) بجهد يصل إلى 35 كيلو فولت، وخطوط الكابلات (CL) ذات التمديدات الخارجية والداخلية حتى 10 كيلو فولت؛ شبكات الطاقة داخل المحل تصل إلى

من كتاب المؤلف

2.10. الآلات الكهربائية الأولى

من كتاب المؤلف

2.10.1. المحركات الكهربائية كانت أهم المتطلبات العلمية الأساسية للميكانيكا الكهروميكانيكية هي التقدم في مجال الديناميكا الكهربائية واكتشاف الحث الكهرومغناطيسي. ودوره الإيجابي في تطوير التصاميم الأولى للآلات الكهربائية والكهرومغناطيسية

من كتاب المؤلف

2.10.2. المولدات الكهربائية كما سبقت الإشارة، فإن البطاريات الغلفانية أعاقت بشكل كبير الاستخدام العملي للمحركات الكهربائية. يوضح تطور الآلات الكهربائية بوضوح نمطًا مميزًا في تطور التكنولوجيا بشكل عام. هذا النمط

من كتاب المؤلف

5.3.4. شبكات التوزيع الكهربائية الغرض من هذه الشبكات هو توزيع الطاقة الكهربائية الواردة من مصادر الطاقة (محطات توليد الطاقة ومحطات خفض الجهد الفرعية) في جميع أنحاء أراضي منطقة إمداد الطاقة وإمدادها المباشر إلى

من كتاب المؤلف

6.4. الأجهزة الكهربائية

لنقل المعلومات في الهندسة الراديوية، يتم استخدام موجات الراديو - التذبذبات الكهرومغناطيسية عالية التردد، والتي يمكن أن تنبعث بشكل فعال باستخدام أجهزة الهوائي والتي يمكن أن تنتشر في الفضاء.

يجب أن تكون المعلومات المرسلة مدمجة في تذبذب عالي التردد (حامل) بطريقة أو بأخرى. ويتم ذلك باستخدام التعديل. التعديل هو التغيير في معلمات الموجة الحاملة وفقًا لقانون الرسالة المرسلة. التعديل، كقاعدة عامة، لا يؤثر على قدرة التذبذبات عالية التردد على الانتشار في الفضاء.

في الحالة الأكثر عمومية، يمكن تمثيل الإشارة المعدلة على أنها تذبذب:

أ (ر)=أ م (ر) كوس [ωt+ψ (ر)]=أ م (ر) كوس θ (ر)، (15.37)

فيها السعة فيأو يتغير الطور φ وفقًا لقانون الرسالة المرسلة.

لو فيوψ هي قيم ثابتة، ثم يصف هذا التعبير اهتزاز حامل توافقي بسيط لا يحتوي على أي معلومات.

اعتمادًا على أي من المعلمتين يتغير - السعة فيأو الزاوية θ - هناك نوعان رئيسيان من التعديل: السعة والزاوي.

وينقسم تعديل الزاوية بدوره إلى تعديل التردد والطور. يرتبط هذان النوعان من التشكيل ارتباطًا وثيقًا ببعضهما البعض؛ ويتجلى الفرق بينهما فقط في الخصائص

التغير في زمن الزاوية θ تحت نفس قانون التشكيل.

بالنسبة لمعظم الإشارات المستخدمة في الهندسة الراديوية، فمن المميز أنه أثناء التعديل تتغير معلمات إشارة الراديو ببطء شديد بحيث يمكن اعتبارها جيبية خلال فترة واحدة من التذبذب عالي التردد. وبالتالي فإن الوظائف ا م (ر)، ψ(ر)، θ(ر)يمكن اعتبارها وظائف زمنية متغيرة ببطء.

التذبذبات المعدلة ليست دورية بشكل عام ويتم تصنيفها على أنها وظائف شبه توافقية ودورية تقريبًا. يمكن توسيع هذه الوظائف إلى سلسلة مثلثية وتقديمها كمجموع من المكونات التوافقية، التي لا تكون تردداتها في الحالة العامة مضاعفات، فهي تمثل مجموعات من الترددات وتسمى التوافقية. وعلى النقيض من هذه المتسلسلة، تحتوي متسلسلة فورييه على مكونات توافقية ذات ترددات متعددة.

لعبت أعمال L. I. Mandelstam، P. D. Papaleksi، M. V. Shuleikin، V. I. Siforov، I. S. Gonorovsky وغيرهم من العلماء السوفييت دورًا رئيسيًا في تطوير نظرية التذبذبات المعدلة. في شكلها الأكثر اكتمالا، تم تقديم صياغة رياضية صارمة للخصائص الأساسية للتذبذبات المعدلة والأساليب الموحدة لدراستها لأول مرة في دراسة S. M. Rytov "التذبذبات والموجات المعدلة" (1940).

يعد تعديل السعة (AM) أحد أبسط الأساليب وأكثرها استخدامًا نظرًا لسهولة تنفيذه واستخدامه. مع AM، سعة اهتزاز الموجة الحاملة هي دالة للزمن في النموذج

ا م (ر) = ا م 0 (ل+F(ر)]،(15.38)

حيث A m 0 ثابت يساوي متوسط ​​السعة؛

و(ر)- دالة زمنية تتغير وفق نفس قانون إشارة التعديل، وتسمى دالة التعديل.

تعتمد طرق تنفيذ AM عادةً على تغيير إمكانات الأجهزة الإلكترونية المتضمنة في جهاز الإرسال الراديوي. في أبسط الحالات، يمكن الحصول على تذبذب تيار متضمن السعة (AM) في دائرة ذات مقاومة متغيرة يطبق عليها جهد عالي التردد، ويتم تحديد قانون التغيير بواسطة وظيفة التعديل. يمكن أن تكون المعاوقة المتغيرة المماثلة، على سبيل المثال، ميكروفونًا كربونيًا.

من الناحية التحليلية، يتم تحديد تذبذبات AM من خلال تعبير عن النموذج

α(ر) = أ م0 كوس( ر+ ). (15.39)

مع التعديل التوافقي (أحادي النغمة)، متى

و(ر)=mcos (Ω ر+ φ 0)، (15.40)

لتذبذبات AM نحصل عليها

أين ت- معامل التعديل؛

Ω - تردد التعديل.

عامل التعديل تيتناسب مع شدة الإشارة المرسلة، ويسمى أيضًا بعمق التعديل. عندما لا تأخذ سعة تذبذبات AM قيمًا سالبة. يسمى هذا التعديل غير مشوه (الشكل 15.14، أ). في م> 1 القيم صباحا (ر)وفي بعض الفترات الزمنية تصبح سلبية (الشكل 15.14.6)، مما يؤدي إلى الإفراط في التشكيل المرتبط بتشويه غلاف التذبذب. ولتجنب ذلك، يتم اختيار معامل التعديل بحيث لا يزيد عن واحد.

مع التشكيل غير المشوه، يختلف سعة تذبذب AM من فيدقيقة = مو (1 - ت)حتى A mmax = A mo (1 + m). وفي هذه الحالة، يمكن إيجاد معامل التعديل كنسبة للزيادة القصوى Δ رسعة التذبذبات إلى متوسط ​​قيمتها A m0:

تجدر الإشارة إلى أنه حتى عند تعديلها بواسطة أبسط إشارة توافقية، فإن تذبذب AM عبارة عن إشارة معقدة تتكون من عدد من المكونات التوافقية . تم إنشاء هذه الميزة في عام 1913 . أستاذ موسكو ن.ن. . أندريف، ثم درس بالتفصيل في أعمال م . في. شوليكينا (1916) . ومع ذلك، في وقت ما (1930)، أثار العالم الأمريكي فليمنج نقاشًا حول "واقع" المكونات التوافقية الإضافية في تذبذبات AM مع استنتاجات عملية بعيدة المدى. وقال إن التمثيل الزمني لتذبذب AM (15.39) يعكس الوضع الحقيقي، وتمثيله الطيفي هو خيال رياضي. وفقًا لفليمنج، في الواقع لا توجد ترددات إضافية، فقط تردد الموجة الحاملة هو الحقيقي، وبالتالي، فإن عرض طيف تذبذب AM صغير للغاية ويمكن إعادة إنتاج الإشارة بدقة مع عرض نطاق ترددي صغير بشكل تعسفي للمستقبل تم ضبطه تمامًا على تردد الناقل. من هذا تم استخلاص الاستنتاج حول إمكانية تكثيف الأثير بلا حدود.

في الوقت الحاضر، ليس هناك شك في صحة التمثيل الطيفي، والاستنتاج النهائي لفليمنج يبدو ساذجًا. بالنسبة لمرشحات المعلمات الثابتة شائعة الاستخدام، لا يكون الطيف التوافقي لإشارة AM أقل واقعية من تمثيلها الزمني. ويمكن ملاحظة الطيف وفحصه باستخدام أجهزة تحليل الطيف.

كما يلي من الصيغة (15.41)، مع تعديل السعة التوافقي (أحادي النغمة).

يمثل المصطلح الأول هنا اهتزاز الموجة الحاملة بتردد ω n. يتوافق المصطلحان الثاني والثالث مع المكونات التوافقية الجديدة التي تظهر في عملية تعديل السعة. إنها نتاج التعديل وتسمى التوافقيات الجانبية. تسمى ترددات هذه التذبذبات (ω n + Ω) و (ω n -Ω) بالترددات الجانبية: الترددات الجانبية العلوية والسفلية على التوالي. اتساع هذه المكونات هي نفسها وتعتمد على عمق التشكيل (أرز. 15.15،أ)، وتكون مراحلها متناظرة بالنسبة إلى مرحلة اهتزاز الموجة الحاملة. كلما انخفض المعامل تي،أصغر سعة المكونات الجانبية، وفي الحد ت=0 هم في عداد المفقودين.

إذا كانت إشارة التعديل معقدة

فإن كل مكون من مكوناته التوافقية يعطي زوجًا من الترددات الجانبية:

والنتيجة هي طيف يتكون من نطاقي تردد يقعان بشكل متناظر بالنسبة لتردد الموجة الحاملة ω n. تسمى نطاقات التردد هذه، الموجودة على جانبي الموجة الحاملة، بالنطاقات الجانبية: النطاق الجانبي العلوي والسفلي (الشكل 15.15.6).

بمقارنة أطياف إشارة التعديل (وظيفة التعديل) واهتزاز AM المقابل، يمكننا أن نستنتج أن طيف النطاق الجانبي العلوي لاهتزاز AM يشبه طيف إشارة التعديل. والفرق الوحيد هو أنه يتم إزاحته على طول محور التردد بمقدار ω n. مع AM، يتم تحويل طيف إشارة التعديل فقط على طول محور التردد.

إذا كان نطاق تردد إشارة التعديل محدودًا أعلاه بالتردد الأقصى ymax، فسيكون لإشارة AM المقابلة طيف (انظر الشكل 15.15.6)، يبلغ عرضه ضعف حجمه:

للإشارات التلفزيونية، على سبيل المثال ميغاهيرتز ميغاهيرتز.

عندما تعمل عدة أجهزة إرسال راديوية في وقت واحد في نطاق التردد هذا، لتجنب التداخل أثناء الاستقبال بسبب التداخل، فمن الضروري فصل ترددات الموجة الحاملة لأقرب المحطات (على مقياس التردد) عن بعضها البعض بما لا يقل عن .

يعد نطاق التردد الواسع إلى حد ما الذي تشغله إشارات AM أحد عيوب هذا النوع من التعديل. تشمل العيوب الخطيرة الأخرى لـ AM ضعف المناعة ضد الضوضاء وانخفاض كفاءة أجهزة الإرسال الراديوية. يتم التخلص من هذه العيوب أو تقليلها بشكل كبير باستخدام أنواع أخرى من التعديل، وخاصة مع التعديل الزاوي.

إحدى الحالات الخاصة لتذبذبات AM هي سلسلة من نبضات الراديو المستطيلة المتماسكة (الشكل 15.11). تسمى هذه التقلبات بالتلاعب. هناك إشارات ذات مفاتيح ذات سعة وطور وتردد، على التوالي.

اهتزاز الناقل

اهتزاز الناقل

ينتقل طيف التذبذب لإشارة التعديل (المعلومات) إلى نطاق تردد أعلى مناسب للانتشار على طول مسار الاستقبال والإرسال (انظر أيضًا التذبذبات المعدلة).

الموسوعة الفيزيائية. في 5 مجلدات. - م: الموسوعة السوفيتية. رئيس التحرير أ. م. بروخوروف. 1988 .

تعرف على ما هو "اهتزاز الناقل" في القواميس الأخرى:

تتغير التذبذبات والمعلمات (السعة، المرحلة، التردد، المدة، إلخ) مع مرور الوقت. يمتد هذا المفهوم أيضًا إلى التذبذبات، التي تتغير معلماتها في الفضاء، ثم يتحدثون عن التذبذبات المضمنة مكانيًا؛... ... الموسوعة الفيزيائية

تقنيات التعديل p التعديل التناظري AM SSB FM (FM) Chirp FM (PM) SCM التشكيل الرقمي AMn ... ويكيبيديا

جهاز لتوليد إشارة راديو يتم توفيرها لمدخل هوائي الإرسال. يحتوي عادةً على مثير (مولد تذبذب بالتردد المطلوب مع ثبات عالي) ومضخم طاقة ومُعدِّل (وحدة تعدل تذبذب الموجة الحاملة... ... موسوعة التكنولوجيا

باستخدام تعديل التردد كمثال: الناقل هو الناقل، والإشارة هي إشارة التعديل، والإخراج هو النتيجة الفعلية لتعديل التردد. الإشارة الحاملة هي إشارة، واحدة أو أكثر من معلماتها عرضة للتغيير في العملية... ... ويكيبيديا

الإشارة الحاملة هي إشارة تكون معلمتها أو أكثر عرضة للتغيير أثناء عملية التشكيل. يتم تحديد درجة تغيير المعلمة من خلال القيمة اللحظية لإشارة المعلومات (التعديل). كحامل يمكن أن يكون... ... ويكيبيديا

التحكم في الذبذبات الكهربائية، حيث يتم إرسال رسالة (إشارة) فقط على نطاق تردد جانبي واحد (مخصص). يتم استخدامه بشكل أساسي في الاتصالات ذات النطاق الجانبي الفردي (انظر الاتصالات ذات النطاق الجانبي الفردي)، والقياس الراديوي عن بعد، ... ... الموسوعة السوفيتية الكبرى

أجهزة الاستقبال الراديوية المصممة للعمل في نطاق الموجات الراديوية من 300 ميجا هرتز إلى 3000 جيجا هرتز (في نطاق الموجات الدقيقة). يتم تقسيم أجهزة راديو الميكروويف وفقًا لنطاق التشغيل إلى أجهزة راديو ميكروويف ذات موجات ديسيمتر وسنتيمتر ومليمتر، وكذلك وفقًا للمخطط... ... الموسوعة الفيزيائية

الأنظمة الكهربائية الدوائر والعقد والكتل المصممة لالتقاط موجات الراديو الطبيعية المنتشرة في الفضاء المفتوح. أو الفنون وأصلها وتحولها إلى شكل يضمن الاستفادة من المحتوى الموجود فيها... ... الموسوعة الفيزيائية

GOST 19619-74: معدات القياس اللاسلكي. المصطلحات والتعاريف- المصطلحات GOST 19619 74: معدات القياس الراديوي. المصطلحات والتعاريف المستند الأصلي: 34. تكيف نظام القياس عن بعد مع كائن التكيف مع كائن هـ. تكيف نظام القياس عن بعد مع كائن عملية التلقائي... ... كتاب مرجعي للقاموس لمصطلحات التوثيق المعياري والتقني

يتم وصف التذبذبات ذات السعة المضمنة بالتعبير ش (ر) = U(t)cos(2nf 0 t +فو). لنفترض أن المرحلة الأولية لتذبذب الموجة الحاملة هي صفر (φ 0 = 0)، وأن رسالة التعديل لها شكل تذبذب توافقي s(/) = UQcosQtمع السعة؟/ن، التردد س = 2nF موالمرحلة الأولية صفر.

مع تعديل غير مشوهة

أين ويقولون- قيمة السعة في الوضع الصامت، أي. عند $(/) = = 0; أ -عامل الحجم |ج/(/)| ؟ 1.

مع التعديل النغمي (التوافقي)، يتم تسجيل إشارة الراديو بالشكل

أين ت- معامل التعديل (العمق) (ت = oUq/U^); من أجل AM التوافقي غير المشوه، من الضروري أن يكون لديك ت

إن طيف اتساع إشارة AM له تناظر متساوي بالنسبة إلى تردد الموجة الحاملة، وطيف الطور له تناظر غريب بالنسبة إلى المرحلة الأولية لتذبذب الموجة الحاملة. تكون مكونات التشكيل لطيف الإشارة المشكَّلة متناظرة في نفس النطاقات الجانبية بالقرب من التردد

أثناء عملية تغيير السعة، فترة تردد التعديل إف إمأطول بكثير من فترة تردد الموجة الحاملة، لذلك يتم أخذ أوضاع التشغيل التالية للسلسلة المعدلة في الاعتبار: الصمت والحد الأقصى والحد الأدنى والتشكيل.

في الوضع الصامتلا يوجد تعديل السعة و ش (ر) = U0.

في الوضع الأقصىسعة الاهتزاز اوماكس = (1 + ت)?/ يقولون والحد الأقصى للقوة هو (1+ ر) 2مرات الطاقة في الوضع الصامت: بماكس = (1 + ر) 2 ر" 0 لتر.

في وضع الحد الأدنىسعة الاهتزاز أومين= (1 - الحد الأدنى من الطاقة بمين = (1 - ر) 2 R مول.

في وضع التعديليتغير مدى الاهتزازات وفقًا للقانون التوافقي. تختلف القدرة اللحظية بشكل متناسب مع مربع جهد التعديل: ف (ر) = (1 + + mcosCU) 2 P u متوسط ​​القدرة خلال فترة التشكيل آر مود = = (1 + ر 2 /2) ف مول.عند تعديل 100% ص كحد أقصى= 4 مول ر؛ ص t1P= 0؛ الناس = (3/2 ) ف مول.

إذا طيف إشارة المعلومات شارع)موزعة بشكل موحد في نطاق التردد ثم متى ت= 100% طيفية

تشغل كثافة قدرة إشارة AM النطاقات الجانبية الموجودة بشكل متناظر حول تردد الموجة الحاملة، كما هو مبين في الشكل 1. 1.6. نطاق التردد الذي تشغله إشارة PSD من AM هو 2 فيسبوك.في ت= 100% يتركز نصف قدرة التردد العالي للإشارة المعدلة في المكون الطيفي المنفصل لتردد الموجة الحاملة ر أقول،والجزء الباقي في خطين جانبيين، بحسب ص نول /4في كل.

أرز. 1.6. طيف القدرة لتذبذبات AM مع إشارة النطاق الأساسي في نطاق التردد ف ح ... ف ب

مع تعديل سعة النبضة، تكون المعلمات الرئيسية لإشارة الراديو هي ش (ر)هي تردد الموجة الحاملة //، ومدة غلاف نبض الراديو t، وفترة التكرار ت صوالمرحلة الأولية لملء التردد العالي لتسلسل نبض fn. يتكون طيف اتساع فورييه لتسلسل دوري من النبضات الراديوية (الشكل 1.7) من مكونات طيفية منفصلة، ​​تتبع على فترات في التردد الجبهة الوطنية = /Т”.غلافها أ(و)متماثل بالنسبة لتردد الموجة الحاملة ويختلف حسب القانون

أين س =ل(/-/ 0)ر"/ز".

بين الأصفار الأولى للفص الرئيسي لطيف الاتساع، يكون الفاصل الترددي 2/t، ويقعان بشكل متناظر بالنسبة للتردد إف جيس.

إذا تم تشكيل نبضات الراديو عن طريق التلاعب الدوري بسعة التذبذب التوافقي المستمر مع تردد حامل غير مستقر، فإن المراحل الأولية لنبضات الراديو تتقلب. ولذلك، فإن ترددات المكونات المنفصلة لطيف التسلسل تكون متناظرة بالنسبة إلى تردد الموجة الحاملة Uo

أرز. 1.7. طيف السعة لسلسلة من نبضات الراديو ذات غلاف مستطيل بمعدل التكرار الجبهة الوطنية = 10 ميجا هرتز وتردد تعبئة عالي التردد ^ = 100 ميجا هرتز

يتم استخدامه في المولد التوافقي عند تشكيل شبكة من الترددات المستقرة الموجودة في وقت واحد.

مع التشكيل الزاوي، تكون سعة إشارة الراديو ثابتة: ش = = U0.يتجلى الفرق بين تعديل الطور والتردد فقط في قانون المراسلات بين الرسالة $(/) والتغيرات في الطور f(/) لإشارة الراديو: مع FM cp(/) = ك(ر)،وأثناء كأس العالم

إذا كانت إشارة تعديل الإدخال لها شكل توافقي س(0 = ش ن cos Q/، ثم مع تعديل الطور غير المشوه، يكون لإشارة الراديو الشكل

أين ر 9- مؤشر تعديل الطور.

يتم تحديد مؤشر تعديل الطور بواسطة الصيغة

أين هو ميل خاصية التشكيل لمغير الطور.

يمثل مؤشر تعديل الطور السعة (نصف الذروة إلى الذروة) لانحراف الطور لإشارة التشكيل التوافقي. يختلف تردد الإشارة ذات تعديل الطور النغمي وفقًا للقانون /(/) = 7о - m v QsinQ/.

إذا تم إجراء تعديل التردد غير المشوه بنفس الإشارة التوافقية، فإن إشارة الراديو المعدلة بالتردد لها الشكل

أين تج - مؤشر تعديل التردد.

يتم تحديد مؤشر تعديل التردد بواسطة الصيغة

أين هو ميل خاصية التشكيل لمغير التردد.

مؤشر تعديل التردد هو نسبة انحراف تردد الموجة الحاملة للإشارة المضمنة بالتردد DSO إلى تردد التعديل Q: ر ش= دسو/ص.

يمكن تمثيل إشارة FM وفقًا للقانون (1.4) كسلسلة فورييه للمكونات المنفصلة لطيف السعة:

أين جن (ملي جول -وظائف بيسل من النوع الأول من النظام نمن الحجة ر وJ_(ملي جول =

وبالتالي، فإن طيف السعة لإشارة فورييه مع تعديل زاوية النغمة له مكون منفصل عند تردد الموجة الحاملة بسعة يو كيو ي 0 (ملي جول، وتتكون النطاقات الجانبية من مكونات منفصلة تقع بشكل متماثل على ترددات من 0 ± lP، وسعاتها UOJ"(ملي جولتتناسب مع قيم دوال Bessel للرقم المقابل ص.

إذا كان مؤشر كأس العالم صغيرا (ت"" 1) ثم ي 0 (ملي جول *1, ي (ميجا جول * مللي جول2، جن (ملي جول * 0 ل ن> 2. في هذه الحالة، يحتوي طيف اتساع الإشارة المضمنة بالتردد على مكونين جانبيين يقعان بشكل متناظر بالنسبة لتردد الموجة الحاملة، كما هو الحال في AM. الفرق مقارنة بطيف الإشارة ذات السعة هو فقط أن طور المكون عند التردد с0 + П يكون معاكسًا لطور المكون عند التردد со - П.

إذا لم يكن مؤشر FM صغيرًا، فإن نطاق التردد الذي يشغله طيف |S U (/)I يزداد. في الشكل. يوضح الشكل 1.8 طيف الإشارة المشكَّلة بالتردد بمؤشر تعديل = 5. ومن هذا الشكل يمكن ملاحظة أن المكونات عند تردد الموجة الحاملة وعلى الترددات المتناظرة معها و 0 ± إن إف مقد يكون لها قيم مختلفة وفقًا لقيم الوظائف، ولكن مع عمليات فصل كبيرة عن تردد الموجة الحاملة تصل إلى حوالي ع > ر ث،أنها تتناقص بشكل رتيب. لو أنت "في الشكل 1، يمكن تقدير عرض الطيف المضاعف (نطاق التردد المشغول) بالعلاقة التجريبية

يؤدي التشكيل الزاوي إلى ظهور تشكيلات خارج النطاق غير مرغوب فيها خارج نطاق التردد المشغول.

أرز. 1.8. طيف السعة للإشارة ذات FM التوافقي عند تردد الموجة الحاملة/ 0 = 100 ميجاهيرتز، تردد التعديلف 4 = 1 ميجا هرتز ومؤشر تعديل الترددر ق = 5

أرز. 1.9. شكل موجة الرسالةشارع ) وإشارة FM-2 عالية التردد م(/)

الانبعاث (VMI): طيف السعة لموجة FM النغمية (التوافقية) مع ر ش»1 ينخفض ​​بحوالي 30 ديسيبل إذا كان التفريغ من تردد الموجة الحاملة يساوي ضعف نطاق تردد FM المشغول.

تتميز الإشارة ذات مفتاح إزاحة الطور ثنائي المستوى FM-2 بتغيرات مفاجئة في الطور ± ن/2 بالنسبة إلى مرحلة تذبذب الموجة الحاملة في اللحظات التي يتغير فيها المستوى المنطقي للرمز المرسل s(/) (الشكل 1.9). في وحدات تعديل الإشارة FM-2، يتم اتخاذ التدابير للتأكد من أن لحظات المعالجة تتوافق مع انتقالات القيمة اللحظية لإشارة الخرج ش (ر)إلى الصفر، حيث لا توجد قفزات في القيمة اللحظية للإشارة ش (ر)يقلل من مستوى IUI.

يظهر الشكل غلاف طيف السعة لإشارات الراديو FM-2. 1.10. لديها هيكل البتلة. عرض الفص الرئيسي، الذي يساوي تقريبًا عرض النطاق الترددي المطلوب لخط الاتصال الرقمي، هو:

حيث t هي مدة النبضة الأولية.

خارج نطاق التردد المشغول، ينخفض ​​مستوى VMI: مستوى الفص الجانبي الأول يقل بمقدار 13.2 ديسيبل عن المستوى الرئيسي، ومستوى الفص الجانبي الثاني بمقدار 22 ديسيبل، وينخفض ​​الحد الأقصى للفصوص البعيدة بمقدار 6 ديسيبل كل 2/t detuning من تردد الناقل.

لتقليل مستوى VMI وتقليل التداخل في نطاقات التردد المجاورة، يتم استخدام مرشحات التردد التي تم تكوينها لتمرير الحد الأدنى من نطاق التردد المطلوب. ومع ذلك، فإن تغيير طور تذبذب الدخل إلى الطور المعاكس باستخدام PM-2 (معالجة الطور بواسطة i) يؤدي إلى انخفاض السعة إلى الصفر عند خرج مثل هذا المرشح في الأوقات التي تتأخر بالنسبة إلى لحظة المعالجة بواسطة زمن الدائرة ثابت تي ك(الشكل 1.11). والسبب في ذلك هو فرض التخميد

أرز. 1.10. غلاف طيف السعة لإشارات الراديو FM-2 (منحنى1) و MFM (منحنى2) بنفس سرعة الإرسال

تذبذب هابط مع مرحلة التذبذب السابق وتذبذب صاعد مع مرحلة النبضة الفرعية الحالية. ومدة تغيرات الاتساع هذه هي مقلوب نطاق مرور المرشح.

عند استخدام إشارات ذات مفتاح طور متعدد المستويات (PM-LO)، يعتمد عمق تعديل الاتساع عند خرج المرشح على مجموعة أطوار النبضات الفرعية السابقة واللاحقة، حيث ينخفض ​​الاتساع أيضًا إلى الصفر عند خرج مرشح تمرير النطاق تظهر إذا، مع التناوب العشوائي للرموز المرسلة، ستختلف مرحلة المستوى التالي عن المرحلة السابقة بمقدار l. تم تطوير الطرق للقضاء على مثل هذه المواقف (انظر الفصل 6).

في الأنظمة الحديثةتستخدم الاتصالات المتنقلة إشارات الحد الأدنى من تبديل التردد (MFM) دون فقدان الطور. الحد الأدنى لانحراف التردد لإشارة من النوع MFM هو مرتين

أرز. 1.11. تعديل اتساع الإشارة PM-2 عند خرج مرشح تمرير النطاق من الدرجة الأولى مع النطاق P PM-2

أرز. 1.12. مخطط الذبذبات لإشارة مفتاح تحويل الترددش (ر) مع المرحلة المستمرة

أقل من معدل بت الإرسال. يظهر في الشكل مثال على مخطط الذبذبات لهذه الإشارة. 1.12، تتم مناقشة تشغيل المغير في الفصل. 6. مستوى VMI لإشارة MFM (انظر الشكل 1.10، المنحنى 2) يتناقص خارج طيف التشكيل الرئيسي بشكل أسرع بكثير من FM-2.

يؤدي معالجة التردد، حتى مع الطور المستمر، إلى تغييرات غير مرغوب فيها في السعة عند مخرج المرشح. يظهر في الشكل مثال على مخطط ذبذبات لإشارة مفتاحية لتحويل التردد مع طور مستمر عند خرج مرشح تمرير النطاق. 1.13.

بالإضافة إلى الأنواع الكلاسيكية من التعديل - السعة فقط والزاوي فقط - يتم استخدام أنواع التعديل المدمجة: التشكيل المتوازن (BM) وتعديل BBP.

أرز. 1.13.

مع BM، مقارنة بتعديل السعة التقليدي، يتم قمع تردد الموجة الحاملة تمامًا، وتكون الترددات متناظرة فيما يتعلق بالتردد و 0تبقى الخطوط الجانبية. إذا التحوير

تردد في تقديم بجانب فورييه أنا أين

ف ش- التردد الأدنى من طيف ترددات التعديل، ثم يمكن كتابة الإشارة ذات التشكيل المتوازن بالشكل

يتم إجراء التعديل المتوازن عن طريق ضرب القيم اللحظية لتذبذبات التشكيل والموجة الحاملة. تتمثل ميزة التعديل المتوازن في تقليل إجمالي الطاقة الكهرومغناطيسية عن طريق قمع قوة الموجة الحاملة. يتطابق نطاق التردد المشغول مع النطاق الذي يشغله التذبذب المشكل بالسعة ويتم تحديده بواسطة تردد الحد الأعلى لطيف التردد المعدل:

يختلف تعديل OBP من حيث أنه لا يتم قمع المكون الطيفي لتردد الموجة الحاملة فحسب، بل أيضًا أحد النطاقات الجانبية. يمكن كتابة إشارة الخرج عند تعديل OBP في النموذج

إذا تم تحديد الشريط الجانبي العلوي. إذا تم تحديد الشريط الجانبي السفلي، فسيتم استبدال علامة "+" بين قوسين بعلامة "-". في بعض الأحيان يُطلق على هذا النوع من التعديل اسم تعديل سعة النطاق الجانبي المفرد، أو التعديل مع قمع قناة المرآة والموجة الحاملة. يعتمد تنفيذ الدوائر لتعديل OBP على ضرب إشارة التعديل $(/) مع تذبذب الموجة الحاملة ش 0 (ر)في أربعة خلاطات، تختلف التذبذبات المرجعية في تحول الطور بمقدار 0 و90 و180 و270 هـ بالترتيب المباشر لتناوب الطور، بعد الجمع الزوجي لتذبذبات خرج القنوات، وتعويض النطاق العلوي وتذبذب الموجة الحاملة. يتم الحصول عليها، وبترتيب عكسي، يتم تعويض النطاق الجانبي السفلي وتذبذب الموجة الحاملة.

نطاق التردد الذي تشغله إشارة مع تعديل OBP أقل مرتين من AM ويساوي نطاق تردد التعديل: Pobp = ف ب - ف ح .

يستخدم تعديل OBP على نطاق واسع في توليد إشارة الإرسال والاستقبال ومعدات المعالجة لتحويل طيف تمرير النطاق لأعلى أو لأسفل مع ترشيح محسّن بسبب قمع نطاق المرآة بدون مرشح تردد. تتم مناقشة الخلاطات والمعدلات مع قمع قناة المرآة بمزيد من التفصيل في القسم الفرعي. 3.4 و 6.4.

يؤدي استخدام تعديل OBP لنقل المعلومات عبر قناة راديوية إلى حدوث أخطاء في إعادة الإنتاج عندما لا تتم استعادة قيمة تردد الموجة الحاملة بدقة عند الطرف المستقبل، ونتيجة لذلك تتلقى جميع قيم تردد إشارة التعديل نفس القيمة المطلقة إزاحة. لذلك، في مثل هذه الحالات، يتم الاحتفاظ بالجزء المتبقي من اهتزاز الموجة الحاملة جزئيًا عند مستوى 5...10% من الإجمالي.