W tym artykule omówimy istotne miejsce sygnałów w projektowaniu układów, zdefiniujemy sygnały AC i DC oraz omówimy źródło napięcia zasilania AC i DC.
Wprowadzenie do Sygnałów
Elektrycy spędzają dużo czasu na rozmowach o sygnałach. Pierwotne znaczenie tego słowa jest ściśle związane z pojęciem nadawania i odbioru: sygnałem był każdy rodzaj gestu, dźwięku czy ruchu mechanicznego służącego do przekazywania informacji. Obecnie jest to ogólny termin inżynierski, którego używamy w odniesieniu do napięć, prądów, sekwencji numerycznych i wyrażeń matematycznych, które różnią się w zależności od czasu. Ważne jest jednak, aby uznać, że sygnały te utrzymują koncepcyjny związek z transmisją i odbiorem, ponieważ są one, ogólnie rzecz biorąc, środkiem przekazu lub reprezentacji informacji.
Charakterystyka sygnału elektrycznego jest określona przez jego zależność pomiędzy amplitudą a czasem. Zależność ta może być uchwycona za pomocą wyrażeń matematycznych i sekwencji punktów danych, ale w wielu przypadkach najbardziej zwięzłą, wygodną i informacyjną metodą jest przedstawienie wizualne. Często analizujemy sygnały za pomocą wykresów, w których oś pionowa wskazuje amplitudę, a oś pozioma czas. W rezultacie otrzymujemy krzywą, której zmiany położenia w pionie odpowiadają zmianom napięcia lub prądu sygnału.
Prąd zmienny i stały
Sygnały elektryczne występują w nieskończonej ilości różnych kształtów i rozmiarów. Jeśli jednak skupimy się na ogólnej charakterystyce, możemy pogrupować sygnały w szerokie kategorie. Być może najbardziej podstawową kategorią jest kategoryzacja DC versus AC.
DC oznacza "prąd stały", a AC - "prąd zmienny". Prąd jest stały, jeśli zawsze płynie w tym samym kierunku, podczas gdy prąd zmienny zmienia okresowo kierunek. Terminy "DC" i "AC" stały się ogólnymi przymiotnikami, które mogą opisywać napięcia, a nawet prądy (często mówimy "prąd stały" zamiast "prąd stały"). Tak więc "napięcie stałe" nie jest tak naprawdę interpretowane jako "napięcie prądu stałego"; wskazuje raczej, że napięcie nie zmienia polaryzacji - amplituda może wykazywać duże zmiany w czasie, ale zawsze jest dodatnie lub ujemne. Z drugiej strony, napięcie prądu zmiennego stale zmienia się z biegunowości dodatniej na ujemną oraz z biegunowości ujemnej na dodatnią.
Sygnały AC i DC
Terminy AC i DC mogą również opisywać sygnały. Sygnał prądu zmiennego to prąd, napięcie lub ciąg liczbowy, który stale wykazuje zarówno wartości dodatnie jak i ujemne, a sygnał prądu stałego wykazuje tylko wartości dodatnie lub tylko ujemne.
Poniższe wykresy przedstawiają przykłady sygnałów AC i DC. Sygnał po lewej stronie to AC; napięcie regularnie rozciąga się powyżej i poniżej osi poziomej, co odpowiada amplitudzie 0 V. Sygnał po prawej stronie to DC; ma znaczne wahania amplitudy, ale napięcie jest zawsze w dodatniej części wykresu.
Źródła AC i DC
Terminy "AC" i "DC" są ściśle związane z napięciami zasilania. Napięcia te są generowane przez źródła i są sposobem na wtłaczanie energii elektrycznej do obwodu. Pomimo tego, że napięcia zasilania AC zawsze różnią się w zależności od czasu, zazwyczaj nie określamy ich jako sygnały. Ma to sens, ponieważ ich celem jest dostarczanie energii, a nie reprezentowanie lub przekazywanie informacji.
Dwa najczęstsze źródła energii elektrycznej to generatory i baterie. Generatory to źródła prądu zmiennego; wytwarzają one napięcia sinusoidalne, które okresowo różnią się między biegunowością dodatnią a ujemną. Baterie tworzą statyczną różnicę potencjałów pomiędzy dwoma biegunami, a co za tym idzie, są to źródła prądu stałego. Na schematach połączeń, źródła napięcia stałego i zmiennego mogą być reprezentowane przez następujące symbole:
Wniosek .
Zapoznaliśmy się z podstawową charakterystyką sygnałów elektrycznych oraz różnicą pomiędzy sygnałem AC i DC w odniesieniu do sygnałów i napięć zasilania. Kolejne dwa video tutoriale zbadają, w jaki sposób systemy elektryczne wykorzystują sygnały DC i AC.
