Анализ электронных схем Почему используются синусоиды?

При исследовании работы усили­тельных каскадов обычно подают на вход синусоидальное колебание и на­блюдают явления во время положи­тельного и отрицательного полупериодов. И тут же возникает вопрос: ведь при передаче речи и музыки напряже­ния и токи имеют сложную форму? Не создаем ли мы для усилителей «неес­тественную обстановку», когда иссле­дуем их с помощью синусоидальных сигналов?

Мы уже знаем (см. рис. 12.8), что согласно теореме Фурье даже и самое сложное периодическое колебание мож­но разложить на сумму множества си­нусоидальных колебаний. Они на­зываются гармоническими и образуют частотный спектр определенной шири­ны. Так что, если усилитель хорошо усиливает несколько определенных час­тот спектра (включительно и самую низкую и самую высокую), то, очевид­но, он хорошо усиливает и самое слож­ное колебание.

Постоянная и переменная составляющие

Из ранее изложенного ясно, что во время работы на различных участках элект­ронных схем действуют одновременно постоянные и переменные напряжения. В результате в цепях протекает однов­ременно постоянный и переменный ток или, как еще говорится, постоянная и переменная составляющие. Для того, чтобы правильно разобраться в дейст­вии электронных схем, абсолютно необ­ходимо разграничить обе эти состав­ляющие. В связи с этим необходимо знать, что:

1. При отсутствии сигнала (звука) в цепи: батарея Е – угольный микрофон М – сопротивление R (рис. 21.1) про­текает постоянный микрофонный токНа обоих концах резистораR об­разуется падение напряжения по по­стоянному току но благодаря на­личию конденсатора С на выходе нет напряжения..

2. При наличии сигнала (звука) в цепи Е – М – R протекает микрофонный ток, состоящий из постоянной составляющей и переменной составляющей с амплитудой.

На обоих концах сопротивления R образуется падение напряжения, сос­тоящее из постоянной составляющей и переменной составляющей с амп­литудойЧерез конденсатор про­ходит переменная составляющая и по­является на выходе, причем ее ампли­туда зависит от величиныX _с и

3. Большая часть сложных колеба­ний состоит из постоянной и перемен­ной составляющих (рис. 21.2а). Они могут быть разделены с помощью кон­денсатора (рис. 21.2б). Переменная сос­тавляющая является носителем ин­формации (речь, музыка и пр.) и имен­но она усиливается отдельными каска­дами.

4. Источник постоянной состав­ляющей – батарея (источник пита­ния), в то время как источник перемен­ной составляющей – микрофон, маг­нитофонная головка, транзистор и пр.

5. Для переменной составляющей батарея (источник тока) представляет собой короткое замыкание. И действи­тельно, все батареи питания, а также выход каждого выпрямителя тока шунтируются конденсатором большой ем­кости.

Полярность напряжений и токов в электронных схемах

При анализе электронных схем особен­но важно знать полярности напряже­ния и тока. Начинающие любители электроники очень часто встречают за­труднения в связи с тем, что в цепи протекают одновременно как постоян­ные, так и переменные составляющие. Поэтому следует знать, что:

1.Напряжения в различных точках электронных схем измеряют относи­тельно общего проводника (шасси).

2. При протекании тока через дан­ный резистор точка, в которую ток «входит», имеет более высокий потен­циал, чем точка, через которую он «выходит»

3.За положительное направление тока в замкнутых цепях схемы прини­мается условно одно направление, выбранное предварительно. Если на­правление реальных токов совпадает с условно выбранным, то они положи­тельны, а если противоположно – они отрицательны.

4.При отсутствии сигнала в цепях существует только постоянная состав­ляющая напряжения и тока. Когда проверяем при помощи вольтметра амперметра режим данной схемы, то мы измеряем именно постоянную сос­тавляющую. Для данной схемы поляр­ность и направление постоянной сос­тавляющей во время работы остаются неизменными

5.При наличии сигнала в цепях по­является переменная составляющая. Она непрерывно изменяется, а именно; в один полупериод она имеет одну по­лярность и направление, а в следую­щий – другую.

На рис. 21.3а и б показаны цепи, со­держащие только постоянную состав­ляющую. Здесь и в последующих схе­мах за положительную полярность выбрано направление по часовой стрелке. Под ними на основании упо­мянутого правила даны графики токов и полярность напряжений в точках а и б.

На рис. 21.4 показана цепь, содер­жащая только переменную составляю­щую. Под схемами начерчены графики токов и дана полярность напряжений в точках а и б в один и другой полупе­риод.

На рис. 21.5 показана цепь, содер­жащая одновременно и постоянную и переменную составляющие, причем по­стоянная составляющая положи­тельна. И здесь начерчены графики то­ков и обозначена полярность напряже­ний в точках а и б.

Обратите внимание на то, что в один полупериод постоянная и пере­менная составляющие имеют одно на­правление, благодаря чему абсолютное значение токов и напряжений возрас­тает. В другой полупериод постоянная и переменная составляющие имеют противоположное направление, благо­даря чему абсолютная величина токов и напряжений уменьшается. На рис. 21.6 показана та же цепь, однако ее постоянная составляющая отрица­тельна.