Что такое сдвиг по фазе: Понятие сдвига фазы в аналоговых цепях

Понятие сдвига фазы в аналоговых цепях

Добавлено 19 июня 2020 в 23:11

Сохранить или поделиться

Рассмотрим, что такое сдвиг фазы, и как это фундаментальное электрическое явление связано с различными конфигурациями схем.

В данной статье рассказывается о сдвиге фазы, о влиянии схемы, вызывающем опережение или отставание напряжения или тока на выходе схемы относительно входа. В частности, нам будет интересно то, как реактивные нагрузки и цепи будут влиять на сдвиг фазы в схеме. Сдвиг фазы может иметь всевозможные последствия, независимо от того, работаете ли вы с генераторами, усилителями, петлями обратной связи, фильтрами и т.п. Например, вы ожидаете, что ваша инвертирующая схема на операционном усилителе будет давать сдвиг фазы на 180°, но вместо этого она возвращает синфазный сигнал и вызывает проблемы с автоколебаниями. Или, например, подключение измерительных щупов для анализа цепи может внести свое влияние. Или, возможно, у вас есть резонансный контур, который используется в петле обратной связи автогенератора, но контур обеспечивает сдвиг фазы только 90°, тогда как вам нужно 180°. Вы должны изменить контур, но как?

Сдвиг фазы для реактивных нагрузок

Частотно-зависимый сдвиг фазы происходит из-за влияния реактивных компонентов: конденсаторов и катушек индуктивности. Это относительная величина, и поэтому она должна быть задана как разность фаз между двумя точками. В данной статье «сдвиг фазы» будет означать разницу по фазе между выходом и входом. Говорят, что конденсатор вызывает отставание напряжения от тока на 90°, в то время как индуктивность вызывает отставание тока от напряжения на 90°. В векторной форме это обозначается +j или -j в индуктивном и емкостном реактивном сопротивлении соответственно. Но емкость и индуктивность в некоторой степени существуют во всех проводниках. Так почему же они не вызывают сдвиги фаз на 90°?

Все наши эффекты сдвига фазы будут моделироваться цепями RC и RL. Все схемы могут быть смоделированы как источник с некоторым внутренним сопротивлением, рассматриваемая схема и нагрузка, следующая за схемой. Внутренний импеданс источника также называется его выходным сопротивлением. Я считаю, что проще всего говорить о входном и выходном импедансе и о каскадах, поэтому позвольте мне перефразировать: все схемы могут быть смоделированы как выход одного каскада с некоторым выходным импедансом, питающий следующий каскад, который нагружен входным импедансом следующего каскада. Это важно, потому что это уменьшает сложность цепей до гораздо более простых RLC-цепей, фильтров и делителей напряжения.

Взгляните на следующую схему.

Рисунок 1 – Конденсатор, шунтирующий предыдущий каскад, и нагрузка 10 кОм

Это будет моделировать некоторую цепь источника (например, усилитель) с выходным сопротивлением 50 Ом, который имеет нагрузку 10 кОм и шунтируется конденсатором 10 нФ. Здесь должно быть понятно, что схема, по сути, является RC-фильтром нижних частот, выполненным из R1 и C1. Из базового анализа цепей мы знаем, что сдвиг фазы напряжения в RC-цепи будет изменяться от 0° до -90°, и моделирование подтверждает это.

Рисунок 2 – Логарифмические АЧХ и ФЧХ нашей схемы с шунтирующим конденсатором

Для низких частот фаза выходного сигнала не зависит от конденсатора. Когда мы доберемся до частоты среза (f_ср) RC-фильтра, фаза падает до -45°. Для частот выше частоты среза фаза приближается к своему асимптотическому значению -90°.

Эта фазо-частотная характеристика моделирует сдвиг фазы, вызванный любым шунтирующим конденсатором. Шунтирующий конденсатор вызовет сдвиг фазы на резистивной нагрузке между 0° и -90°. Конечно, также важно помнить и об ослаблении.

Аналогичный взгляд на последовательный конденсатор (например, конденсатор емкостной связи по переменному току) показывает типовой эффект подобной схемы.

Рисунок 3 – Схема с последовательным конденсатором…Рисунок 4 – … и графики ее амплитудно-частотной и фазо-частотной характеристик

В этом случае сдвиг фазы начинается с +90°, а фильтр является фильтром верхних частот. За пределами частоты среза, в конечном итоге, устанавливается значение 0°. Итак, мы видим, что последовательный конденсатор всегда будет вносить сдвиг фазы между +90° и 0°.

Усилитель с общим эмиттером

Имея в распоряжении эту информацию, мы можем применить RC-модель к любой цепи, к какой захотим. Например, этот усилитель с общим эмиттером.

Рисунок 5 – Усилитель с общим эмиттером с сопротивлением обратной связи в цепи эмиттера (смещение не показано)

Частотные характеристики данного усилителя будут плоскими примерно до 10 МГц.

Рисунок 6 – Логарифмические амплитудно-частотная и фазо-частотная характеристики усилителя с общим эмиттером

Только после примерно 10 МГц мы видим изменения сдвига фазы – ниже 180°, что мы и ожидаем, поскольку схема с общим эмиттером представляет собой инвертирующий усилитель. Выходной импеданс усилителя, пренебрегая эффектом Эрли, равен R2 = 3 кОм, что довольно высоко.

Теперь мы поставили на выходе шунтирующий конденсатор. Что мы можем ожидать от фазы?

Рисунок 7 – Усилитель с общим эмиттером с шунтирующим конденсатором на выходе

Исходя из нашего опыта, мы ожидаем, что частота среза будет составлять 53 Гц, ниже которой сдвиг фазы должен быть 180° (без влияния конденсатора), и выше которой сдвиг фазы будет равен 180° — 90° = 90° (а также большие потери). Моделирование подтверждает наши подозрения:

Рисунок 8 – Графики АЧХ и ФЧХ для усилителя с общим эмиттером с емкостной нагрузкой

Обратите внимание, что это эквивалентно тому, если бы фаза изменялась от -180° до -270°. Теперь мы начинаем понимать, что питание емкостной нагрузки может привести к неожиданным изменениям фазы, что может нанести ущерб усилителю с неожиданной обратной связью.

В более распространенном сценарии на выходе используется последовательно включенный конденсатор связи, как показано на следующей схеме.

Рисунок 9 – Усилитель с общим эмиттером с последовательно включенным на выходе конденсатором

Я изменил номиналы элементов схемы и добавил резистивную нагрузку 100 кОм. Теперь мы имеем фильтр верхних частот, состоящий из C1 и R3, с частотой среза всего 1,6 Гц. Мы ожидаем, что сдвиг фазы будет равен -90° на частотах ниже 1,6 Гц и -180° на частотах выше частоты среза, что подтверждается моделированием.

Рисунок 10 – Графики АЧХ и ФЧХ для усилителя с общим эмиттером с конденсатором связи по переменному току

Конденсатор связи с таким номиналом подошел бы для сигналов звуковой частоты, поскольку область сдвига фазы -90° (и, следовательно, затухания) значительно ниже 10 Гц.

Конечно, такого рода эффекты не ограничиваются конденсаторами. Индуктивности будут оказывать противоположное влияние: шунтирующие катушки индуктивности вызывают сдвиг фазы от 0° (ниже f_ср) до +90° (значительно выше f_ср), в то время как последовательно включенные катушки индуктивности вызывают сдвиг фазы от 0° (выше f_ср) до -90° (ниже f_ср) , Однако в этом случае необходимо быть осторожным, чтобы не создавать проблемных замыканий на землю, поскольку катушки индуктивности для постоянного тока будут представлять собой короткое замыкание.

Рисунок 11 – Усилитель с общим эмиттером с катушкой индуктивности на выходе. Эта последовательно включенная индуктивность будет оказывать очень малое влияние на схему на низких частотах. На высоких частотах всё будет по-другому.

Заключение

Мы заложили основу для понимания сдвига фазы в аналоговых схемах. Рассматривая выход схемы как источник с выходным сопротивлением, мы можем эффективно моделировать влияние реактивных нагрузок на фазу схемы. Таким образом, можно моделировать как пассивные, так и активные схемы, что дает нам полезные инструменты для простого анализа и проектирования. В следующей статье мы проверим эти концепции, применив их к схемам на операционных усилителях и к резонансным контурам.

Оригинал статьи:

Теги

Аналоговые цепиЕмкостная связьСдвиг фазыУсилитель

Сохранить или поделиться

Сдвиг фаз переменного тока и напряжения

Мощность постоянного тока, как мы уже знаем, равна про­изведению напряжения на силу тока. Но при постоянном токе направления тока и напряжения всегда совпадают. При пере­менном же токе совпадение направлений тока и напряжения имеет место только в случае отсутствия в цепи тока конденса­торов и катушек индуктивности.

Для этого случая формула мощности

остается справедливой.

На рисунке 1 представлена кривая изменения мгновенных значений мощности для этого случая (направление тока и напряжения совпадают). Обратим внимание на то обстоятельство, что направления векторов напряжения и тока в этом случае совпадают, то есть фазы тока и напряжения всегда одинаковы.

Рисунок 1. Сдвиг фаз тока и напряжения. Сдвига фаз нет, мощность все время положительная.

При наличии в цепи переменного тока конденсатора или катушки индуктивности, фазы тока и напряжения совпадать не будут.

О причинах этого несовпадения читайте в моем учебники для емкостной цепи и для индуктивной цепи, а сейчас установим, как будет оно влиять на величину мощности переменного тока.

Представим себе, что при начале вращения радиусы-век­торы тока и напряжения имеют различные направления. Так как оба вектора вращаются с одинаковой скоростью, то угол между ними будет оставаться неизменным во все время их вращения. На рисунке 2 изображен случай отставания вектора тока Im от вектора напряжения Um на угол в 45°.

Рисунок 2. Сдвиг фаз тока и напряжения. Фазы тока и напряжения сдвинуты на 45, мощность в некоторые периоды времени становиться отрицательной.

Рассмот­рим, как будут изменяйся при этом ток и напряжение. Из по­строенных синусоид тока и напряжения видно, что когда напряжение проходит через ноль, ток имеет отрицательное значение.

Затем напряжение достигает своей наибольшей ве­личины и начинает уже убывать, а ток хотя и становится по­ложительным, но еще не достигает наибольшей величины и продолжает возрастать. Напряжение изменило свое направле­ние, а ток все еще течет в прежнем направлении и т. д. Фаза тока все время запаздывает по сравнению с фазой напряже­ния. Между фазами напряжения и тока существует постоян­ный сдвиг, называемый сдвигом фаз.

Действительно, если мы посмотрим на рисунок 2, то заме­тим, что синусоида тока сдвинута вправо относительно сину­соиды напряжения. Так как по горизонтальной оси мы откла­дываем градусы поворота, то и сдвиг фаз можно измерять в градусах. Нетрудно заметить, что сдвиг фаз в точности равен углу между радиусами-векторами тока и напряжения.

Вследствие отставания фазы тока от фазы напряжения его направление в некоторые моменты не будет совпадать с на­правлением напряжения. В эти моменты мощность тока будет отрицательной, так как произведение положительной величи­ны на отрицательную величину всегда будет отрицательным. Эта значит, что внешняя электрическая цепь в эти моменты становится не потребителем электрической энергии, а источни­ком ее. Некоторое количество энергии, поступившей в цепь во время части периода, когда мощность была положительной, возвращается источнику энергии в ту часть периода, когда мощность отрицательна.

Чем больше сдвиг фаз, тем продолжительнее становятся части периода, в течение которых мощность делается отрица­тельной, тем, следовательно, меньше будет средняя мощность тока.

При сдвиге фаз в 90° мощность в течение одной четверти периода будет положительной, а в течение другой четверти периода — отрицательной. Следовательно, средняя мощность тока будет равна нулю, и ток не будет производить никакой работы (рисунок 3).

Рисунок 3. Сдвиг фаз тока и напряжения. Фазы тока и напряжения сдвинуты на 90, мощность в течении одной четвери периода положительна, а в течении другой отрицательна. В среднем мощьноть равна нулю.

Теперь ясно, что мощность переменного тока при наличии сдвига фаз будет меньше произведения эффективных значений тока и напряжения, т. е. формулы

в этом случае будут неверны

ПОНРАВИЛАСЬ СТАТЬЯ? ПОДЕЛИСЬ С ДРУЗЬЯМИ В СОЦИАЛЬНЫХ СЕТЯХ!

Похожие материалы:

Добавить комментарий

Сдвиг фазы — это… Что такое Сдвиг фазы?

сдвиг по фазе — это… Что такое сдвиг по фазе?

Сдвиги по фазе — Будь собой. Остальные роли уже заняты — LiveJournal

Нейрофизиологи исследовали связь между химическими процессами организма и эмоциями, которые мы испытываем. Оказалось, что эмоции вызывают биохимические реакции. А вот происходит ли наоборот, до сих пор неизвестно, несмотря на то, что само чувство разложено на цепочки реакций возбуждения и торможения нейронов головного мозга. Чтобы изменить поведение, грызунам и людям вводили гормоны. У мышей поведение менялось, а у людей нет. Поэтому утверждение «любовь — это чистая биохимия» будет ложным. Чистая биохимия — это только влюблённость, начальная стадия, её бурная дофаминовая фаза.

Какие бывают стадии любви по своему химическому составу?

Фаза первая

Если с первой фазой всё более или менее ясно: влюбляешься и дальше будто едешь на велосипеде, да-да, который горит, и всё горит и ты в аду, то последующие отличаются всё меньшей контрпродуктивностью.

Фаза вторая

За выбросом ФЭНа (фенэтиламина, начального соединения для первичного коктейля из природных нейромедиаторов, участвующих в гормональном шторме — прим. ред.) в кровь выбрасывается дополнительный адреналин — вещество, которое поможет расчистить дорогу к предмету интереса. При благополучном течении романа (взаимном интересе) адреналин дает неутомимость и способность на экстраординарные поступки, свойственные всем влюблённым. Вспомните «по морозу босиком к милому ходила», «под окном твоим я готов стоять». При неблагополучном развитии событий (у объекта влюблённости интерес отсутствует) предметом агрессии становится может стать избранник (не оценил, не понял).

Встречаются люди, которым «хронически не везет» в любви — их любовь остается безответной. Но действительно ли дело в «невезении», несправедливость судьбы? Они зачастую сознательно или бессознательно избегают объекты, отношения с которыми могут быть налажены. Да им не ответили взаимностью. Зато им не надо договариваться о взаимопонимании, не надо предъявлять себя. Зато адреналин! Зато переживания! Что они обычно вспоминают? Да свои чувства, конечно. Ведь и таким образом можно получать чувство собственной важности.

Фаза третья

Выработка амфетамина: на этой стадии он вырабатывается в огромном количестве и поддерживает влюблённых в состоянии эйфории. Причем организм быстро привыкает и требует всё большие количества. А большие дозы вообще-то для него разрушительны. Эйфория и обвал настроения, море энергии, ушедшей на ссоры и примирения. Для влюбленных на этой стадии уже необходимо «быть вместе». Один сеанс секса здесь заставляет забыть любую предыдущую ссору. Зачем это нужно? Чтобы найти комфортную психологическую дистанцию — где кто главный, кого не устраивает манера общения другого, чтобы отстоять свои интересы, объяснить, что время, отведенное своим собственным занятиям, отводится им не потому, что партнёр больше неинтересен. Потому, что два человека встретились и учатся жить вместе.

Фаза четвёртая

Эта фаза наступает в тот момент, когда амфетамин-дофаминовый баланс уходит в сторону преимущества дофамина. В результате повышенной выработки дофамина (который также является гормоном креативности и риска) падает острота и критичность переживаний. Он помогает не бояться нового, идти на риск. Он нужен для того, чтобы согласиться на близость с другим и на его присутствие в собственной жизни, которое, кроме всего прочего вносит в жизнь и массу неудобств, и массу изменений. На этой же фазе повышается и количество серотонина в крови. Серотонин — это, наоборот, уже реакция на повышенное содержание дофамина. По результатам этой фазы человек приходит к решению двух важных вопросов: как он относиться к совместной жизни именно с этим партнером и сохранять ли отношения?

Фаза пятая

В присутствии партнера организм вырабатывает эндорфины, обеспечивающие ощущения покоя, нежности, ровного и заметного удовольствия от присутствия другого. В паре с эндорфинами у женщины появляются гормоны: окситоцин, обеспечивающий женщине массу полезных именно женских функций, начиная с оргазма и заканчивая успешным отделением плаценты в родах, и прогестерон, стимулирующий её заботиться о партнере не только в рамках сексуальной игры. Окситоцин вызывает перестройку женского организма под родительские функции. У мужчины в этой фазе вырабатывается только прогестерон, который обеспечивает ему возможность заботиться о партнёрше не только в то время, когда он её хочет, и таким образом сохранять устойчивые отношения с ней. Беременность автоматически переводит женщину в фазу пять, так как это единственный вариант для нормального развития плода. Перейдет ли в неё синхронно мужчина — это вопрос. Прелесть эндорфинов в том, что организм к ним не привыкает, они как сахар, кода чересчур сладко, то уже невкусно, но и только. Поэтому в кровь поступают ровно. Важный момент: данная фаза практически не ограничена временем. Тем, кому удается в ней остаться, жутко повезло. Хотя это само по себе ещё не гарантирует химически верность до гроба (кайф от ФАН легко перебьет кайф эндорфина).

Финальная фаза

Финальная фаза наступает обычно через 18-30 месяцев. Гормональный фон приходит в норму, люди видят друг друга, как они есть. Пара, которая создавалась всё это время, или уже имеет достаточно общего, чтобы жить вместе и без этой химической поддержки, или люди понимают, что больше ничего интересного друг в друге найти не могут. Через три года однозначно уровень эндорфина в крови снижается до уровня, когда человек уже готов влюбится по новой, так как кайфа реально мало. Понятно, что кайф можно взять не только в биохимии любви.

(http://www.livejournal.com/magazine/1394209.html)

Сдвиг фаз — Знаешь как

При вращении якоря с двумя укрепленными на нем одинаковыми витками 1 и 2, сдвинутыми в пространстве (рис. 5-6), в них будут индуктироваться э. д. с. одной частоты с одинаковыми амплитудами. Но вследствие сдвига витков в пространстве э. д. c. достигают амплитудных значений не одновременно. 

Рис. 5-6. Два витка обмотки якоря генератора.

Если при вращении против направления движения часовой стрелки в момент начала отсчета времени (t = 0) витки расположены по отношению к нейтральной плоскости ОО’ под углами ψ1 и ψ2, то наведенные в витках э. д. с. в любой момент времени t :

е₁ =Е_мsin (ωt + Ψ₁) и е₂ =Е_мsin (ωt + Ψ₂)

В последних выражениях угол (ωt + Ψ) называется фазным углом или фазой. Таким образом, из выражений (5-10) следует, что мгновенное значение э. д. .с. определяется амплитудой Е_м и фазой.

В начальный момент времени t = 0 э. д, с. наведенные в витках :

е₁₀ =Е_мsinΨ₁ и е₂₀ =Е_мsinΨ₂

На рис 5-7 эти э. д. с, изображены начальными ординатами.

Электрические углы Ψ₁ и Ψ₂, определяющие значения э. д. с. в момент времени t — О, называются начальными фазными углами или начальными фазами. Положительная начальная фаза откладывается влево от начала системы координат, отрицательная — вправо. Разность начальных фаз двух синусоидальных величин называется углом сдвига фаз или сдвигом фаз

Ψ = Ψ₁ — Ψ₂

Рис. 5-7. Графики двух переменных э. д. с.

Разделив сдвиг фаз на угловую частоту, получим время сдвига: 

Ψ : ω = ΨT : 2π = t₁₂

т. е. время, на которое начало периода одной синусоидальной величины достигается раньше, чем у другой синусоидальной величины.

Началом периода называют момент времени, в который синусоидальная величина проходит через то нулевое значение, после которого наступают положительные значения ее.

Величина, у которой начало периода наступает раньше, чем у другой, считается опережающей, а та, у которой начало периода наступает позже — отстающей по фазе. Например, э. д. с. е₁ (рис. 5-7) опережает по фазе э. д. с. е₂ угол Ψ или на время t₁₂, или, что тоже, э. д. с. е₂ отстает от э. д. с. е₁ на угол Ψ или на время t₁₂.

Две синусоидальные величины, имеющие одинаковые начальные фазы, т. е. совпадающие начала периодов, называются совпадающими по фазе (Ψ = 0).

Токи i₁ и i₂ (рис. 5-8) сдвинуты по фазе на четверть периода или на 90°. Ток i₁ имеет нулевую начальную фазу, ток i₂ — начальную фазу π/2 = 90°, таким образом,

i₁ = I_М1 sin ωt; i₂ = I_М2 sin (ωt + π/2)

Рис. 5-8. Графики двух переменных токов

Синусоида с начальной фазой π/2 это то же, что косинусоида с нулевой начальной фазой:i₂ = I_М2cos ωt

Про синусоидальные величины, сдвинутые по фазе на половину периода, говорят, что одна из них изменяется в противофазе с другой.

Статья на тему Сдвиг фаз

Значение словосочетания СДВИГ ПО ФАЗЕ. Что такое СДВИГ ПО ФАЗЕ?

• «Сдвиг по фазе» (иногда также «Большой калибр») (англ. Loose Cannons) — американский комедийный фильм 1990 года режиссёра Боба Кларка с Джином Хэкменом и Дэном Эйкройдом в главных ролях.

Источник: Википедия

Делаем Карту слов лучше вместе

Привет! Меня зовут Лампобот, я компьютерная программа, которая помогает делать
Карту слов. Я отлично
умею считать, но пока плохо понимаю, как устроен ваш мир. Помоги мне разобраться!

Спасибо! Я обязательно научусь отличать широко распространённые слова от узкоспециальных.

Насколько понятно значение слова фамильяр (существительное):

Кристально
понятно

Понятно
в общих чертах

Могу только
догадываться

Понятия не имею,
что это

Другое
Пропустить

Что такое фазовая манипуляция, PSK »Электроника

— обзор, информация и учебное пособие по основам того, что такое фазовая манипуляция, PSK, используемая для приложений радиосвязи и, в частности, для цифровых форм радиосвязи.

Фазовая модуляция Включает:
Фазовую модуляцию
Фазовая манипуляция, PSK

Форматы модуляции:
Типы и методы модуляции
Амплитудная модуляция
Модуляция частоты
Квадратурная амплитудная модуляция

Фазовая манипуляция, PSK, широко используется в наши дни в целом ряде систем радиосвязи.Он особенно хорошо подходит для растущей области передачи данных. PSK, фазовая манипуляция, позволяет передавать данные в сигнале радиосвязи более эффективно, чем частотная манипуляция, FSK и некоторые другие формы модуляции.

С появлением большего количества форм передачи данных, переходящих из аналоговых форматов в цифровые, важность передачи данных возрастает, а вместе с ней и различные формы модуляции, которые могут использоваться для передачи данных.

Существует несколько разновидностей фазовой манипуляции, PSK, которые доступны для использования.У каждой формы есть свои преимущества и недостатки, и выбор оптимального формата должен быть сделан для каждой проектируемой системы радиосвязи. Чтобы сделать правильный выбор, необходимо знать и понимать, как работает PSK.

Phase Shift Keying, PSK, основы

Как и в любой другой форме манипуляции сдвигом, существуют определенные состояния или точки, которые используются для сигнализации битов данных. Основная форма двоичной фазовой манипуляции известна как двоичная фазовая манипуляция (BPSK) или иногда ее называют фазовой манипуляцией (PRK).Цифровой сигнал, чередующийся между +1 и -1 (или 1 и 0), будет создавать инверсию фазы, то есть сдвиг фазы на 180 градусов при изменении состояния данных.

Проблема с фазовой манипуляцией заключается в том, что приемник не может знать точную фазу переданного сигнала, чтобы определить, находится ли он в состоянии метки или пробела. Это было бы невозможно, даже если бы часы передатчика и приемника были точно связаны, потому что длина пути будет определять точную фазу принятого сигнала.Чтобы решить эту проблему, системы PSK используют дифференциальный метод кодирования данных на носителе. Это достигается, например, за счет изменения фазы, равного единице, и отсутствия изменения фазы, равного нулю. В эту базовую систему могут быть внесены дальнейшие улучшения, и был разработан ряд других типов фазовой манипуляции. Одно простое улучшение можно сделать, изменив фазу на 90 градусов в одном направлении для единицы и на 90 градусов в другую сторону для нуля. Это сохраняет разворот фазы на 180 градусов между единичным и нулевым состояниями, но дает отчетливое изменение для нуля.В базовой системе, не использующей этот процесс, возможна потеря синхронизации при отправке длинной серии нулей. Это потому, что фаза не изменит состояние для этого события.

Существует множество вариаций основной идеи фазовой манипуляции. У каждого из них есть свои преимущества и недостатки, позволяющие разработчикам систем выбрать наиболее подходящий для любых обстоятельств. Другие распространенные формы включают QPSK (квадратурную фазовую манипуляцию), где используются четыре фазовых состояния, каждое под углом 90 градусов к другому, 8-PSK, где есть восемь состояний, и так далее.

Диаграммы созвездий PSK

Часто удобно представить сигнал с фазовой манипуляцией, а иногда и другие типы сигналов, используя векторную диаграмму или диаграмму созвездия. Используя эту схему, фаза сигнала представлена ​​углом вокруг круга, а амплитуда — расстоянием от начала или центра круга. Таким образом, сигнал может быть разделен на квадратурные составляющие, представляющие синус или I для синфазной составляющей и косинус для квадратурной составляющей.Большинство систем с фазовой манипуляцией используют постоянную амплитуду, поэтому точки появляются на одном круге с постоянной амплитудой, а изменения состояния представлены движением по кругу. Для двоичной манипуляции сдвигом с использованием разворота фазы две точки появляются в противоположных точках на окружности. Другие формы фазовой манипуляции могут использовать другие точки на круге, и на круге будет больше точек.

При построении с использованием испытательного оборудования ошибки могут быть видны из идеальных положений на фазовой диаграмме.Эти ошибки могут возникать в результате неточностей в модуляторах и передающем и приемном оборудовании или в виде шума, проникающего в систему. Можно представить, что если положение реального измерения по сравнению с идеальным положением станет слишком большим, тогда появятся ошибки данных, поскольку приемный демодулятор не сможет правильно определить намеченное положение точки вокруг круга.

Использование представления сигнала в виде созвездия позволяет быстро находить неисправности в системе.Если проблема связана с фазой, созвездие разлетится по кругу. Если проблема связана с величиной, созвездие расширится за круг в сторону или от начала координат. Эти графические методы помогают изолировать проблемы намного быстрее, чем при использовании других методов.

QPSK используется для прямой линии связи от базовой станции к мобильному устройству в сотовой системе IS-95 и использует абсолютное фазовое положение для представления символов. Есть четыре точки выбора фазы, и при переходе из одного состояния в другое можно пройти через начало круга, указывая минимальную величину.

В обратной линии связи от мобильной станции к базовой станции используется O-QPSK для предотвращения переходов через источник. Рассмотрим компоненты, составляющие любой конкретный вектор на диаграмме созвездия, как компоненты X и Y. Обычно оба этих компонента переходят одновременно, заставляя вектор перемещаться через начало координат. В O-QPSK один компонент задерживается, поэтому вектор сначала перемещается вниз, а затем вверх, избегая перемещения через начало координат и упрощая конструкцию радиостанции.Диаграмма созвездия покажет точность модуляции.

Формы фазовой манипуляции

Хотя фазовая модуляция используется для некоторых аналоговых передач, она гораздо более широко используется как цифровая форма модуляции, когда она переключается между различными фазами. Это известно как фазовая манипуляция, PSK, и есть много разновидностей этого. Можно даже комбинировать фазовую манипуляцию и амплитудную манипуляцию в форме модуляции, известной как квадратурная амплитудная модуляция, QAM.

В приведенном ниже списке приведены некоторые из наиболее часто используемых форм фазовой манипуляции, PSK и родственных форм модуляции, которые используются:

• PSK — фазовая манипуляция
• BPSK — двоичная фазовая манипуляция
• QPSK — Квадратурная фазовая манипуляция
• O-QPSK — Квадратурная фазовая манипуляция со смещением
• 8 PSK — 8-точечная фазовая манипуляция
• 16 PSK — 16-точечная фазовая манипуляция

Это лишь некоторые из основных форм фазовой манипуляции, PSK, которые сегодня широко используются в приложениях радиосвязи.У каждой формы фазовой манипуляции есть свои преимущества и недостатки. Как правило, формы модуляции более высокого порядка позволяют передавать более высокие скорости передачи данных в пределах заданной полосы пропускания. Однако обратная сторона заключается в том, что более высокие скорости передачи данных требуют лучшего отношения сигнал / шум до того, как частота ошибок начнет расти, и это противодействует любым улучшениям в производительности скорости передачи данных. Ввиду этого баланса многие системы радиосвязи могут динамически выбирать форму модуляции в зависимости от преобладающих условий и требований.

Другие важные темы по радио:
Радиосигналы
Типы и методы модуляции
Амплитудная модуляция
Модуляция частоты
OFDM
ВЧ микширование
Петли фазовой автоподстройки частоты
Синтезаторы частот
Пассивная интермодуляция
ВЧ аттенюаторы
RF фильтры
Типы радиоприемников
Радио Superhet
Избирательность приемника
Чувствительность приемника
Обработка сильного сигнала приемника

Вернуться в меню тем радио.. .

.

Амплитуда, период, фазовый сдвиг и частота

Некоторые функции (например, синус и косинус) повторяются вечно
и называются периодическими функциями .

Период переходит от одного пика к следующему (или от любой точки до следующей точки совпадения):

Амплитуда — это высота от центральной линии до пика (или до впадины). Или мы можем измерить высоту от самой высокой до самой низкой точки и разделить ее на 2.

Phase Shift показывает, насколько функция сдвинута на горизонтально на от обычного положения.

Сдвиг по вертикали показывает, насколько функция сдвинута на по вертикали на от обычного положения.

Теперь все вместе!

Мы можем получить все в одном уравнении:

y = грех (B (x + C)) + D

• амплитуда А
• период 2π / B
• фазовый сдвиг C (положительный слева )
• вертикальное смещение D

А вот как это выглядит на графике:

Обратите внимание, что здесь мы используем радианы, а не градусы, а полный оборот составляет 2π радиана.

Пример: sin (x)

Это основная неизмененная формула синуса. A = 1, B = 1, C = 0 и D = 0

Таким образом, амплитуда 1 , период 2π , нет сдвига фазы или вертикального сдвига:

Пример: 2 sin (4 (x — 0,5)) + 3

• амплитуда A = 2
• период 2π / B = 2π / 4 = π / 2
• фазовый сдвиг = −0.5 (или 0,5 вправо)
• вертикальный сдвиг D = 3

Прописью:

• 2 говорит нам, что он будет в 2 раза выше, чем обычно, поэтому Amplitude = 2
• обычный период — 2 π , но в нашем случае он «ускорен» (сокращен) на 4 в 4 раза, поэтому Период = π / 2
• и −0,5 означает, что он будет сдвинут на вправо на 0.5
• , наконец, +3 говорит нам, что центральная линия y = +3, поэтому вертикальный сдвиг = 3

Вместо x мы можем иметь t (для времени) или, возможно, другие переменные:

Пример: 3 sin (100t + 1)

Сначала нам нужны скобки вокруг (t + 1), поэтому мы можем начать с деления 1 на 100:

3 sin (100t + 1) = 3 sin (100 (t + 0,01))

Теперь мы видим:

• амплитуда А = 3

Период

• равен 2π / 100 = 0.02 π
• фазовый сдвиг C = 0,01 (влево)
• вертикальный сдвиг D = 0

И получаем:

Частота

Частота — это то, как часто что-то происходит в единицу времени (на «1»).

Пример: здесь синусоидальная функция повторяется 4 раза от 0 до 1:

Таким образом, частота равна 4

И период

1
4

Фактически Период и Частота связаны:

Частота =
1
Период

Период =
1
Частота

Пример из предыдущего: 3 sin (100 (t + 0.01))

Период 0,02 π

Итак, частота

1
0,02π
знак равно

50
π

Еще несколько примеров:

При частоте в секунду называется «Герц».

Пример: 50 Гц означает 50 раз в секунду

Чем быстрее он отскакивает, тем больше у него «Герц»!

Анимация

.

Определение фазового сдвига | Chegg.com

Что касается волнового движения, фазовый сдвиг представляет собой величину, на которую волна сдвинулась по горизонтали от исходной волны. Фазовые сдвиги обычно измеряются в градусах, где полный цикл составляет 360 градусов. На диаграмме ниже вторая волна смещена на указанную величину от исходной волны:

Поскольку горизонтальная ось обозначает время, фазовый сдвиг представляет собой сдвиг во времени от исходной волны.Например, сигнал в цепи будет иметь некоторый фазовый сдвиг между входом и выходом. Например, при разработке операционного усилителя инженеры предпочитают максимально минимизировать фазовый сдвиг, чтобы избежать нежелательных колебаний.

См. Дополнительные разделы по электротехнике

Видео по электротехнике

1:00

учебник

Вход

1:00

учебник

Импеданс

1:00

учебник

Делители напряжения

1:00

учебник

Напряжение

1:00

учебник

двоичный

1:00

учебник

Переменный ток (AC)

1:00

учебник

Аналоговые схемы

1:00

учебник

Аналоговый сигнал

1:00

учебник

Постоянный ток (DC)

.Принципиальная схема генератора с фазовым сдвигом

Ранее мы создали полное и подробное руководство по фазовому генератору. Здесь мы увидим практическую реализацию генератора фазового сдвига. В этом проекте мы создаем схему генератора с фазовым сдвигом на макетной плате и тестируем ее выход с помощью осциллографа .

Что такое фаза и фазовый сдвиг?

фазы является полным периодом цикла синусоидальной волны в качестве ссылки на 360 градусов.Полный цикл определяется как интервал, необходимый для того, чтобы сигнал вернул свое произвольное начальное значение. Фаза обозначается как отмеченная точка на этом цикле сигнала. Если мы увидим синусоидальную волну, мы легко определим фазу.

На изображении выше показан полный волновой цикл. Начальная начальная точка синусоидальной волны — это 0 градусов по фазе, и если мы определим каждый положительный и отрицательный пик и 0 точек, мы получим фазу 90, 180, 270, 360 градусов.Таким образом, когда начинается синусоидальный сигнал, это путешествие, кроме 0 градусов ссылки, мы называем его фаза сдвинута дифференцировать от 0 градусов ссылки.

Если мы увидим следующее изображение, мы определим, как выглядит синусоидальная волна с фазовым сдвигом …

На этом изображении представлены две синусоидальные сигнальные волны переменного тока, первая зеленая синусоидальная волна находится на 360 градусов в фазе , а красная — копия первого сигнала, фаза которого сдвинута на 90 градусов из зеленого. фаза сигнала.

Этот сдвиг фазы может быть выполнен с помощью простой RC-цепи.

Строительство и схема

Генератор фазового сдвига генерирует синусоидальную волну. Простой генератор с фазовым сдвигом — это RC-генератор, обеспечивающий фазовый сдвиг не более 60 градусов.

На изображении выше показана RC-цепь с однополюсным фазовым сдвигом или лестничная схема, которая сдвигает фазу входного сигнала на 60 градусов или меньше.

Если мы каскадируем там RC-сеть, мы получим сдвиг фазы на 180 градусов .

Теперь, чтобы создать колебательный и синусоидальный выход, нам нужен активный компонент, транзистор или операционный усилитель в инвертирующей конфигурации, и нам нужно вернуть выход этих компонентов на вход через трехполюсную RC-сеть. Он будет производить сдвиг фазы на 360 градусов на выходе и генерировать синусоидальную волну.

В этом уроке мы будем использовать транзистор в качестве активного элемента и генерировать через него синусоидальную волну.

Предварительные требования

Для построения схемы нам понадобятся следующие вещи —

1. Макетная плата

2. 3 керамических конденсатора емкостью 1 мкФ

3. 3 резистора 680R

4. Резистор 2,2к 1 шт

5. Резистор 10к 1 шт

6. Резистор 100R 1 шт.

7. Резистор 68к 1 шт

8. Конденсатор 100 мкФ 1 шт.

9. BC549 Транзистор

10. Источник питания 9 В

Схема и работа

На изображении выше показана схема для фазового осциллятора .Мы предоставили выход как вход RC-цепей, который снова подается на базу транзистора. RC-цепи обеспечивают необходимый фазовый сдвиг в тракте обратной связи, который снова изменяется транзистором. Частоту RC-генератора можно рассчитать с помощью этого уравнения —

F — частота колебаний, R и C — сопротивление и емкость, а N — количество используемых ступеней сдвига фазы RC.Эта формула применима только в том случае, если в цепи с фазовым сдвигом используются одинаковые значения сопротивления и емкости, что означает R1 = R2 и C1 = C2 = C3 . Генератор фазового сдвига может быть выполнен в виде генератора с переменным фазовым сдвигом, который может создавать широкий диапазон частот в зависимости от заданного значения. Это можно легко сделать, заменив только конденсаторы постоянной емкости C1 , C2 и C3 на тройной переменный конденсатор. В таких случаях номинал резистора должен быть фиксированным.

На схеме выше R4 и R5 образуют делитель напряжения, который обеспечивает напряжение смещения на транзисторе BC549 . R6 используется для ограничения тока коллектора, а R7 используется для термостабильности транзистора BC549 во время работы. C4 необходим, так как это обводной конденсатор эмиттера BC549 .

BC549 — это эпитаксиальный кремниевый транзистор NPN .На изображении выше показан корпус TO-92. Первый вывод (1) — коллектор, 2 — база, 3 — вывод эмиттера. Он широко используется в целях переключения и усиления. BC549 относится к тому же сегменту широко используемых 547, 548 и т.д. BC549 — это малошумная версия. Мы используем его для активного компонента нашего генератора сдвига фазы, который будет усиливать и обеспечивать дополнительный фазовый сдвиг сигнала.

Мы построили схему на макете.

Выход цепи генератора с фазовым сдвигом

Мы подключили осциллограф к выходу, чтобы увидеть синусоидальную волну.На изображении ниже мы увидим подключения наших датчиков осциллографа.

Мы подключили два щупа осциллографа: желтый — к конечному выходу, а красный — ко второй RC-цепи. Желтый канал осциллографа будет обеспечивать результат конечного выхода, а красный канал будет обеспечивать выходной сигнал через RC-фильтр второго каскада. Сравнивая два выхода, мы ясно поймем разницу между двумя фазами синусоидальной волны.Запитываем схему от стендового блока питания 9В.

Это окончательный результат осциллографа .

Окончательный результат, полученный с помощью осциллографа, показан на изображении выше. Желтая синусоида почти в фазе, в то время как красный сигнал, полученный от 2 ^{-го каскада} RC-сети, находится вне фазы . Мы можем непрерывно видеть захваченный сигнал на видео ниже:

Выход достаточно стабильный, шумовые помехи ниже.Полное видео можно найти в конце этого проекта.

Ограничения цепи генератора фазового сдвига

Поскольку мы используем BJT для генератора с фазовым сдвигом, есть определенные ограничения, связанные с BJT . Колебания стабильны на низких частотах, если мы увеличим частоту, колебания перейдут в насыщение и выходной сигнал будет искажен. Кроме того, амплитуда выходной волны не настолько идеальна, что потребуются дополнительные схемы для стабилизации амплитуды схемы формы волны.

Неблагоприятный эффект нагрузки также является проблемой на этапе RC-сети . Из-за эффекта нагрузки входное сопротивление второго полюса изменяет свойства сопротивления следующего фильтра первого полюса. Дополнительные фильтры каскадом ухудшают этот эффект. Также по этой причине трудно вычислить частоту колебаний стандартным методом формул.

Использование цепи генератора с фазовым сдвигом

Основное применение генератора фазового сдвига — создание синусоидальной волны на его выходе.Таким образом, везде, где требуется генерация чистой синусоидальной волны, используется генератор фазового сдвига. Кроме того, с целью сдвига фазы конкретного сигнала генератор сдвига фазы обеспечивает существенный контроль над процессом сдвига. Другие применения генераторов фазового сдвига:

1. В аудиогенераторах
2. Инвертор синусоидальной волны
3. Синтез голоса
4. Блоки GPS
5. Музыкальные инструменты.

Если вы хотите узнать больше о Phase Shift Oscillator, то перейдите по ссылке.

.