Электроника в вопросах и ответах - И. Хабловски

Свойства электромагнитных волн и их распространение в значительной степени зависят от длины волны.

Что такое звуковые волны?

Это возмущения, распространяющиеся в материальной среде, в основном в воздухе, и связанные с колебаниями частиц этой среды. Звуковые волны охватывают диапазон частот от 10–20 Гц (низкие звуки — басы) до 20 кГц (высокие звуки) и распространяются в воздухе со скоростью около 340 м/с. Это не электромагнитные волны, однако при использовании соответствующих преобразователей (микрофонов) звуковые волны легко удается преобразовать в электромагнитные волны той же частоты.

Электрический сигнал, соответствующий речи и музыке, называется акустическим сигналом или сигналом низкой частоты. Его можно усиливать, преобразовывать и передавать на большие расстояния, что невозможно осуществить при непосредственном использовании звуковых волн. Для преобразования электрического сигнала низкой частоты в звуковые волны применяют преобразователи, называемые громкоговорителями. В общем случае электрический сигнал, соответствующий звукам речи и музыки, не является периодическим сигналом и имеет нерегулярную форму.

Область науки и техники, занимающихся преобразованием акустической энергии в электрическую и обратно; а также передачей акустических сигналов, называется электроакустикой.

В каких единицах измеряется уровень звука?

Уровень звука можно выразить в единицах силы (интенсивности) звука — ваттах на квадратный метр, в единицах акустического давления в ньютонах на квадратный метр либо в единицах уровня громкости звучания — в фонах. Часто пользуются единицей, называемой децибелом и определяющей относительный уровень акустического давления, акустической мощности или силы звука.

Децибел — логарифмическая мера отношения двух численных значений акустических мощностей: число децибел равно 10 lg P2/P1.

Численное значение Р1 часто называется уровнем отсчета (опорным). Человеческое ухо (так же как и глаз) реагирует нелинейно на внешние стимулы, причем отклик пропорционален логарифму возбуждения. С этой точки зрения применение децибелов очень удобно. Изменение мощности звука на 1 дБ едва ощущается ухом.

Весьма часто децибелы используют также для характеристики электрических сигналов, особенно акустических. Для уровней мощностей Р2 относительно P1 имеем число децибел 10 lg P2/P1, а для уровней напряжений U2 относительно U1 с учетом того, что Р = U2/R, число децибел равно 20 lg U2/U1. В табл. 2.3 приведены наиболее часто встречающиеся значении в децибелах и соответствующие им отношения напряжений и мощностей.

Что такое световое излучение?

Это электромагнитное излучение, лежащее в диапазоне видимого света и связанное со зрительными ощущениями человеческого глаза. Частоты световых волн лежат выше самых высоких частот радиоволн. Для передачи световых изображений на расстояние свет преобразуется в электрический сигнал путем использования соответствующих преобразователей, работающих, например, на принципе фотоэмиссии. Затем с помощью радиоэлектронных средств этот сигнал можно преобразовать и передать на большие расстояния.

Применение соответствующих электрооптических преобразователей позволяет осуществить обратную задачу, т. е. преобразование электрического сигнала в световое изображение.

Областью техники, которая главным образом занимается преобразованием света в сигнал и обратно, а также передачей этого сигнала, является телевидение.

Какие параметры определяют свет?

Качественными параметрами являются цвет и насыщение. Количественным параметром является яркость. Единицей яркости является кандела на квадратный метр, единицей освещенности — люкс. Имеются и другие величины, и единицы их измерения.

Что такое полное сопротивление?

Это электрическое сопротивление, называемое иначе комплексным или кажущимся. Оно относится к цепям переменного тока, в которых помимо элементов, представляющих действительное электрическое сопротивление R, находятся элементы цепей переменного тока, т. е. конденсаторы (С), или индуктивности (L). В этом случае результирующее электрическое сопротивление такой цепи для переменного тока называется полным сопротивлением и обозначается Z. В соответствии с законом Ома Z = U/I. Величина, обратная полному сопротивлению, называется проводимостью и обозначается Y.

В общем случае полное сопротивление состоит из двух частей — действительной и мнимой. Действительная, называемая резистивным или активным сопротивлением, обозначается R. Его значение на постоянном и переменном токе будет одинаковым. При протекании постоянного или переменного тока через активное сопротивление в нем происходит выделение тепла. Величина, обратная резистивному сопротивлению, называется активной (действительной) проводимостью и обозначается G, Единицей проводимости является сименс [См] — величина, обратная ому.

Мнимая часть полного сопротивления образует пассивное сопротивление, называемое реактивным, и обозначается — X. В реактивном сопротивлении: не происходит выделения тепла, а протекающий через него ток приводит к накоплению энергии в виде электромагнитного ноля. Наличие реактивности в цепи вызывает фазовый сдвиг между током и напряжением. Различают емкостную реактивность Хс, сопротивление конденсатора С для переменного тока, и индуктивное сопротивление XL — сопротивление катушки индуктивности для переменного тока. Величина, обратная реактивному сопротивлению, называется пассивной или кажущейся проводимостью и обозначается В. Численное значение модуля Z цепи переменного тока с активным сопротивлением R и реактивным сопротивлением X определяется формулой.

Какое электрическое сопротивление имеет конденсатор?

Это зависит от вида тока. Для постоянного- тока идеальный конденсатор представляет собой сопротивление (активное) R = , не позволяющее протекать постоянному току. На переменном токе с частотой f реактивное сопротивление конденсатора С или емкостное сопротивление выражается формулой

Хс = 1/2πfС.

Если перейти от частоты f к ω, то

Хс = 1/ωС.

Из этой зависимости следует, что емкостное сопротивление убывает с ростом частоты тока. На очень высоких частотах емкостное сопротивление стремится к нулю.

Как уже указывалось, реактивность вызывает сдвиг фазы между током и напряжением (рис. 2.1). В результате этого сдвига (для конденсатора) ток опережает напряжение на 90°.

Рис. 2.1. Сдвиг фазы между током и напряжением на емкости

Какое электрическое сопротивление имеет катушка индуктивности?

Для постоянного тока идеальная индуктивность обладает нулевым сопротивлением R = 0. Для переменного тока с частотой f индуктивное сопротивление выражается зависимостью XL = 2πfL или XL = ωL, т. е. индуктивное сопротивление с ростом частоты увеличивается.

Фазовый сдвиг, вызываемый индуктивностью, таков, что напряжение опережает ток на 90° (рис. 2.2).

Рис. 2.2. Сдвиг фазы между током и напряжением на индуктивности

Из каких элементов состоят электрические цепи?

Элементы электронных схем можно разделить на две группы: активные и пассивные. Активными называют такие элементы, которые могут увеличивать энергию подводимого сигнала (транзисторы и лампы). Пассивные элементы не дают увеличения мощности. К ним относятся резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности, трансформаторы, диоды[4], переключатели и т. п.

Резистор как элемент схемы

Резистор — элемент схемы, вносящий в цепь определенное постоянное или переменное (регулируемое) сопротивление. Элементы с постоянным сопротивлением чаще всего изготавливают в виде проволочных и пленочных резисторов. Проволочные резисторы выполняют путем навивки провода с высоким сопротивлением на керамический корпус, а пленочные — посредством напыления соответствующих металлических сплавов на керамические столбики (цилиндрики) или трубки. Резистор (рис. 2.3) характеризуют в основном следующие параметры: сопротивление и его допуск; допустимая мощность (рассеяния).