4. Maturitní Otázka
Veličiny signálů a Elektronické voltmetry analogové, stejnosměrné a střídavé složky
Signál je časový průběh libovolné fyzikální veličiny (např. napětí, teplota), který umožňuje přenášet informaci. Signály můžeme dělit na:
· spojité, které mohou nabývat libovolného počtu hodnot „analogový“
· diskrétní, který může nabývat jen určité stanovené množiny hodnot „číslicový“
(*analogový = je přímím obrazem nějakého fyzikálního děje)
(*číslicový = tento signál může nabývat jen dvou hodnot)
obr. a = spojitý signál obr. b = nespojitý signál
Analýza signálu = je část elektroniky,která se zabývá rozborem vlastnosti signálu a metodami jejich zjišťování. Pro naše účely to je především definice a zjišťování (měřeni) základních hodnot signálu. viz níže.
Okamžitá Hodnota = Okamžitá hodnota je dána okamžitou velikostí měřené veličiny signálu (napětí, proud)
v daném čase t. Značí se malým písmenem (u, i) nebo u(t) či i(t).
zjištění její velikosti = je možné pouze odečítáním na osciloskopu.
obr. 2: Okamžitá hodnota signálu.
Maximální hodnota = Maximální hodnota je největší velikost okamžité hodnoty, které signál dosáhne ve sledovatelném časovém intervalu. Značí se indexem max (např. Umax).
U signálu harmonických se maximální hodnota nazývá amplituda a u signálů neperiodických se maximální hodnota často nazývá špičková. „špička – špička“ – UŠŠ neboli mezivrcholová hodnota.
Význam využití = v praxi je především v oblasti návrhu elektronických zařízení. Jejich vstupní obvody musí snést bez poškození i nejvyšší špičková (krátkodobá) napětí.
Maximální a špičkovou hodnotu lze zjišťovat:
- zobrazením a odečten na osciloskopu analogovém, lépe pak na paměťovém osciloskopu
- zvláštním, tzv. špičkovým voltmetrem, který špičku signálu dokáže zachytit a po určitou dobu si pamatovat. Může být v provedení jak analogové, tak častěji číslicovém.
Střední hodnota = Střední hodnota proměnného el. proudu je definována jako myšlená hodnota ss proudu, která přenese stejný el. náboj jako sledovaný proměnný proud. Značí se velkým písmenem s indexem AV (např. UAV ).
Střední hodnotu lze definovat i na základě chemických účinků – je to myšlená hodnota ss proudu, která má stejné chemické účinky, jako uvažovaný proměnný proud.
Střední hodnota je definována pouze pro proud proměnný, nikoliv střídavý. Znamená to že může být proměnný co do velikosti, nikoliv směru.
Využití střední hodnoty = je hlavně v oblasti elektrochemie (galvanické nanášení povlaků) a sekundárních zdroje el. energie (akumulátory)
Zjišťování střední hodnoty lze provádět např.:
- matematicky
- vhodným měřícími přístroji
Výpočet střední hodnoty. = U konstantního proudu je náboj roven součinu
Náboj má tedy význam plochy pod grafem proudu.
Střední hodnota proudu v tomto případě je rovna přímo velikosti proudu I, tzn. IAV=I. Bude-li mít proud libovolný průběh, bude přenesený náboj zase úměrný ploše pod grafem proudu. Výpočet střední hodnoty pak bude spočívat ve stanovení výšky obdélníka, který má stejnou plochu jako plocha pod grafem proudu v daném časovém úseku.
Střední hodnotu můžeme vypočítat také jako trimetrický průměr všech okamžitých hodnot v daném časovém intervalu.
Střední hodnota proměnného proudu se často nazývá stejnosměrná složka. Střední hodnota proudu střídavého je nulová, poněvadž plocha nad osou času i pod ní jsou stejné, ale mají opačné znaménko.
Střední hodnota jedné půlvlny harmonického signálu lze vypočítat za pomoci vyšší matematiky a její velikost je dána
2
UAV = ---- Umax = 0,636 Umax
π
Dělení signálů na střídavé a stejnosměrné se často určuje podle velikosti střední hodnoty. Signál střídavý má nulovou, kdežto signál stejnosměrný nenulovou střední hodnotu.
Měření střední hodnoty lze provést např.:
- magnetoelektrickým měřícím přístrojem
- vhodnými elektronickými multimetry
obr.6: Průběh střídavého harmonického proudu, napětí a výkonu
Zjišťování efektivní hodnoty = lze provést
- výpočtem
- měřením vhodným měřícím přístrojem
Měření efektivní hodnoty = Zde je třeba rozlišit, jedná-li se o měření průběhu harmonického či neharmonického. S neharmonickými průběhy proudu a napětí se můžeme setkat např. v tyristorových regulátorech výkonu, ve spínaných napájecích zdrojích, regulátorech atd.
- efektivní hodnotu průběhu harmonického lze měřit každým elektronickým střídavým voltmetrem
- Při měření efektivní hodnoty jiných průběhů než harmonických běžnými multimetry vzniká chyba. Její velikost závisí na tom, jak dalece se liší tvar měřeného signálu od harmonického průběhu. V tomto případě musíme použit přístroj označený True RMS. (Přístroj měřící správnou efektivní hodnotu)
Činitel tvaru = Pro posouzení tvaru signálu je definováno několik veličin, z nichž nejvýznamnější je činitel tvaru kT. Je definován jako poměr efektivní hodnoty ku střední hodnotě:
U I
kT = ------- = -----------
UAV IAV
Stejnosměrná složka USS je velikost stejnosměrného napětí, o které je daný proměnný signál posunut ve směru svislém – vertikálním. V podstatě lze říci že je to střední hodnota daného signálu..