Параметри періодичних електричних сигналів

Сигналом називають процес зміни в часі фізичної величини (напруги, струму, швидкості та інш.), який використовується для відображення, реєстрації або передачі інформації.

Математичний опис сигналу являє собою функціональну залежність фізичної величини, в якій аргументом є час - u(t), i(t), v(t) та інш. Наприклад, математичний опис сигналу електричної напруги, що змінюється періодично за гармонічним (синусоідальним) законом має вигляд:

(2.1)

У багатьох випадках повний сигнал можна представити у вигляді суми постійної U₌ і змінної U_~ складових, тобто:

(2.2)

причому ці складові можуть представляти самостійний інтерес для вимірювань.

Часто замість математичного опису сигналу через функціональну залежність користуються тільки числовими параметрами, що дають уявлення лише про окремі властивості сигналу: амплітудною напругою Um частотою повторення f, тривалістю імпульсу t_і (якщо мова заходить про імпульсні сигнали) та інш.

Усі параметри, за допомогою яких можна охарактеризувати властивості періодичних сигналів електричної напруги, можна умовно розділити на три групи:

енергетичні параметри сигналу - середня напруга Uс, амплітудна напруга Um, розмах коливань Umm, діючя напруга Uд, середньовипрямлена напруга Uсв;

часові і частотні параметри - період повторення сигналів Т, частота повторення f, тривалість імпульсу t_і, тривалість паузи, час наростання імпульсу і час спаду і т.п.;

параметри форми сигналу - коефіцієнт гармонік, коефіцієнти амплітуди, усереднення і форми, шпаруватість і коефіцієнт заповнення - для імпульсних сигналів.

Максимальна (амплітудна, пікова) напруга Um - параметр сигналу, що являє собою миттєву напругу максимального розміру на інтервалі часу, (частіше розглядається інтервал, рівнний періоду повторення сигналів Т):

(2.3)

Розмах сигналу Umm – параметр, що являє собою суму максимальних напруг сигналу обох знаків.

Діюча (ефективна, середньоквадратична) напруга (ДН) UД - параметр сигналу, що непрямо характеризує потужність сигналу і чисельно рівний середньоквадратичній вольтсекундній площі від квадрата сигналу:

. (2.4)

Для гармонічного сигналу U_Д .

Шпаруватість (Q) імпульсних коливань характеризує міру їх уривчастості і чисельно дорівнює відношенню періоду проходження імпульсів Т до тривалості імпульсу t_і:

. (2.5)

Коефіцієнт заповнення дорівнює:

К_з = (2.6)

Інші параметри імпульсного сигналу представлені на рис. 2.1.

Рисунок 2.1 – До визначення параметрів імпульсного сигналу

1-1 – вихідний рівень сигналу в паузі;

2-2, 3-3 – нерівномірність початкового рівня в паузі;

6-6 – усереднена вершина імпульсу;

4-4, 5-5 – нерівномірність вершини імпульсу;

b₁ – викид на вершині імпульсу;

b₂ – вибіг після імпульсу;

h ₁₁ – нахил вершини імпульсу;

U – амплітуда імпульсу;

t_ф – тривалість фронту імпульсу;

t_з – тривалість зрізу імпульсу;

t_і – тривалість імпульсу.

Для формування (створення) електричних сигналів використовують генератори різних видів, які є джерелами електричних сигналів з відомими параметрами.