1.4 Энергетические свойства элементов

Каждый элемент в силу своих свойств преобразует входной сигнал X в выходной Y. Под этим понимается в первую очередь информационное преобразование, но каждый сигнал является реальным физическим процессом, который обладает не только информационными, но и энергетическими свойствами. Непосредственной зависимости информационных и энергетических свойств сигнала не существует. Очень содержательный в информационном отношении сигнал может иметь ничтожную мощность, а мощный энергетический процесс содержать чрезвычайно мало информации.

Для успешного функционирования элементы должны быть энергетически согласованы друг с другом, чтобы энергии передаваемого между ними сигнала было достаточно для правильной передачи необходимой информации.

По своим энергетическим свойствам все элементы делятся на два вида – активные и пассивные.

У пассивных элементов единственным источником энергии выходного сигнала является входной сигнал (рис.12). Поскольку часть энергии входного сигнала будет израсходована на покрытие потерь при функционировании элемента (трение, джоулево тепло при протекании тока по проводнику, паразитное излучение световых или радиоволн и т.д.) мощность выходного сигнала у пассивного элемента всегда меньше мощности входного сигнала Р_вых < Р_вх.

Р_пот

Р_вых

Р_пит

Р_вх

Р_вых

Р_вх

Р_пот

Рис.12 Рис.13

Энергетическая диаграмма Энергетическая диаграмма

пассивного элемента. активного элемента

Активный элемент кроме входного сигнала имеет еще дополнительный источник энергии – источник питания (рис.13). Благодаря дополнительной энергии от источника питания, у активного элемента можно получить мощность выходного сигнала больше, чем мощность входного сигнала

Р_вых > Р_вх.

Это соотношение не означает нарушение закона сохранения энергии, т.к. общий баланс энергий нарушен не будет:

Р_ВХ +Р_ПИТ ≡ Р_ВЫХ +Р_ПОТЕРЬ

У активных элементов входной сигнал осуществляет модуляцию (управляемое изменение) передачи энергии от источника питания на выход, поэтому активные элементы называют модуляторными.

В пассивных элементах вся энергия выходного сигнала берется от входного сигнала, поэтому другое название пассивных элементов – генераторные элементы.

Примерами пассивных элементов являются, например светодиод, вся световая энергия которого есть часть подведенной электрической энергии, фотодиод в генераторном режиме, когда он вырабатывает электрическую энергию из поглощенной им световой энергии или электродвигатель, преобразующий подводимую к нему электрическую энергию в механическую.

Примером активного элемента является фотодиод в диодном режиме, когда световой сигнал изменяет величину тока, потребляемого от источника питания, или электронный усилитель, обеспечивающий большую мощность выходного сигнала под управлением слабого входного сигнала.

Тема 2. Электрический контакт