Курс 4 • Урок 2 из 8 • 3 часа учебной нагрузки

Переменный ток, форма сигнала и помеха

Цель: После урока ученик должен различать постоянную и переменную составляющие, формы сигналов, пульсации и помехи.

3 часа теоретический разбор, рабочий пример, производственная ситуация, практический алгоритм, самопроверка и тест.

Объяснение темы

Постоянный уровень в идеале не меняется, переменный сигнал меняется во времени. В реальной цепи они могут накладываться: например, 5 В питания с небольшой пульсацией.

Форма важна: синус, прямоугольник и короткие импульсы при одинаковой частоте ведут себя по-разному. Мультиметр может усреднить событие, которое осциллограф покажет явно.

Помеха — нежелательная составляющая. Источником могут быть преобразователь, двигатель, цифровой фронт, длинный провод или неправильный возвратный путь.

Подробный разбор

DC-составляющая. Средний уровень сигнала.

AC-составляющая. Изменение относительно среднего.

Синус. Плавная периодическая форма.

Прямоугольник. Имеет быстрые фронты и много высокочастотных составляющих.

Пульсации. Переменная составляющая на DC-питании.

Импульсная помеха. Короткий выброс может вызвать сбой, не изменив заметно среднее значение.

Постоянная и переменная составляющие:
DC:  ─────────────  5 В постоянно

AC:    /\    /\    /\
      /  \  /  \  /  \    меняется во времени

Пульсации: ─~─~─~─~─  небольшая AC-составляющая поверх DC

Переменный ток — ток, мгновенное значение которого изменяется во времени и в типичном периодическом режиме может менять направление. Для синусоидального сетевого сигнала обычно используют действующее (RMS) значение, которое связано с тепловым действием тока; осциллограф при этом показывает мгновенную форму во времени.

Мультиметр в AC-режиме обычно сводит меняющийся сигнал к числовому параметру, а осциллограф позволяет увидеть форму, пульсации, выбросы и шум.

Практический пример

Пример. Мультиметр показывает 5,01 В питания. Осциллограф показывает выбросы 0,8 В при включении двигателя.

Среднее значение выглядит нормальным, но временная форма объясняет сбои.

Почему одного числа мало. На выходе источника мультиметр показывает 5,00 В DC. Осциллограф показывает, что поверх 5 В лежит пульсация 0,4 Вpp и короткие выбросы. Среднее значение выглядит нормальным, но форма сигнала объясняет нестабильность цифрового узла.

Как применять в работе

Порядок работы:

  1. Определить полезный сигнал.
  2. Выбрать подходящий временной масштаб.
  3. Проверить DC и AC составляющие.
  4. Связать помеху с событием.
  5. Сравнить амплитуду и длительность с нормой.
  6. Проверить возможный путь проникновения.

Типичные ошибки

  • Оценивать импульс только мультиметром.
    Почему это ошибка: Короткое событие может усредниться.
    Как правильно: Использовать осциллограф.
  • Считать любую AC-составляющую дефектом.
    Почему это ошибка: Некоторые сигналы по назначению переменные.
    Как правильно: Сравнивать с требованиями.
  • Искать помеху только у источника.
    Почему это ошибка: Она может проникать через питание, землю или кабель.
    Как правильно: Сравнивать несколько точек тракта.

Самопроверка

  1. Почему неверно считать стабильное показание мультиметра доказательством чистого питания?
  2. Как нужно действовать вместо того, чтобы считать стабильное показание мультиметра доказательством чистого питания?
  3. Что может произойти, если принимать любой импульс за шум?
  4. Как нужно действовать вместо того, чтобы принимать любой импульс за шум?
  5. Что может произойти, если менять сразу несколько факторов при поиске помехи?
  6. Как нужно действовать вместо того, чтобы менять сразу несколько факторов при поиске помехи?

Что нужно запомнить

  • DC и AC могут существовать одновременно.
  • Форма содержит информацию, которую мультиметр не показывает.
  • Пульсация — AC-составляющая на DC-линии.
  • Короткая помеха может вызвать сбой.
  • Осциллограф показывает зависимость от времени.
  • Нужно искать и источник, и путь помехи.
Проверка знаний

Вопросы по уроку

Нужно 75%
Загрузка вопросов…