혼합 주파수 AC 신호 소개

지금까지 AC 회로에 대한 연구에서 단일 주파수 사인 전압 파형으로 구동되는 회로를 탐색했습니다. 그러나 전자 제품의 많은 응용 분야에서 단일 주파수 신호는 규칙이 아니라 예외입니다.

종종 우리는 여러 주파수의 전압이 동시에 공존하는 회로를 만날 수 있습니다. 또한 회로 파형은 사인파 모양이 아닐 수 있으며, 이 경우 우리는 이를 비사인파라고 부릅니다. 파형 .

또한 DC가 AC와 혼합되어 파형이 안정된(DC) 신호에 중첩되는 상황이 발생할 수 있습니다.

이러한 혼합의 결과는 강도가 변하는 신호이지만 극성은 절대 변경되지 않거나 극성이 비대칭적으로 변경됩니다(예:음수보다 양수 시간이 더 많음).

DC는 AC처럼 교대하지 않기 때문에 "주파수"는 0이라고 하며, DC를 포함하는 모든 신호와 다양한 강도(AC)의 신호도 혼합 주파수 신호라고 부를 수 있습니다.

동일한 회로에 주파수가 혼합되어 있는 경우 분석은 지금까지 본 것보다 더 복잡합니다.

커플링

때때로 혼합 주파수 전압 및 전류 신호가 우발적으로 생성됩니다. 이는 커플링이라고 하는 회로 간의 의도하지 않은 연결의 결과일 수 있습니다. —이러한 회로의 도체 사이의 표유 커패시턴스 및/또는 인덕턴스에 의해 가능합니다.

커플링 현상의 전형적인 예는 DC 신호 배선이 AC 전원 배선에 근접하게 배치되는 산업에서 자주 볼 수 있습니다. 높은 AC 전압 및 전류가 근처에 있으면 신호 배선 길이에 "외부" 전압이 가해질 수 있습니다.

신호 도체에서 전원 도체를 분리하는 전기 절연에 의해 형성된 표유 커패시턴스는 전원 도체의 전압(접지 기준)이 신호 도체에 가해질 수 있는 반면 도관의 병렬 배선에 의해 형성된 표유 인덕턴스는 전류를 유발할 수 있습니다. 신호 도체를 따라 전압을 전자기적으로 유도하는 전원 도체.

그 결과 신호 부하에서 DC와 AC가 혼합됩니다. 다음 회로도는 AC "잡음" 소스가 도체 길이를 따라 상호 인덕턴스(Mstray) 및 커패시턴스(Cstray)를 통해 DC 회로에 "결합"하는 방법을 보여줍니다. (아래 그림)

표유 인덕턴스와 커패시턴스는 표유 AC를 원하는 DC 신호로 결합합니다.

"잡음" 소스의 표유 AC 전압이 신호 배선을 따라 전도된 DC 신호와 혼합되면 일반적으로 결과가 바람직하지 않습니다. 이러한 이유로 전원 배선과 낮은 수준의 신호 배선은 항상 분리된 전용 금속 도관을 통해 라우팅하고 신호는 단일 와이어 및 접지 연결이 아닌 2도체 "연선" 케이블을 통해 전도되어야 합니다. (아래 그림)

차폐된 트위스트 페어는 노이즈를 최소화합니다.

접지된 케이블 차폐(두 개의 절연된 도체 주위에 감긴 와이어 브레이드 또는 금속 호일)는 외부 전기장을 차단하여 정전기(용량성) 결합으로부터 두 도체를 분리하는 반면, 두 도체의 병렬 근접성은 모든 전자기(상호 유도성)를 효과적으로 상쇄합니다. 유도 노이즈 전압은 두 도체를 따라 크기가 거의 같고 위상이 반대이므로 수신 측에서 거의 0에 가까운 순(차동) 노이즈 전압에 대해 서로 상쇄되기 때문입니다.

신호 도체 길이의 각 유도 부분 근처에 위치한 극성 표시는 유도 전압이 서로 상쇄되는 방식으로 위상이 어떻게 변하는지 보여줍니다.

AC 신호를 전달하는 두 세트의 도체 사이에도 커플링이 발생할 수 있으며, 이 경우 두 신호가 서로 "혼합"될 수 있습니다.

병렬 도체 간의 AC 신호 결합

커플링은 서로 다른 주파수의 신호가 어떻게 혼합될 수 있는지에 대한 한 가지 예일 뿐입니다. AC가 DC와 혼합되거나 두 개의 AC 신호가 서로 혼합되는지 여부에 관계없이 표유 인덕턴스와 커패시턴스를 통한 신호 결합은 일반적으로 우발적이며 바람직하지 않습니다.

다른 경우에 혼합 주파수 신호는 의도적인 설계의 결과이거나 신호의 고유한 품질일 수 있습니다. 일반적으로 혼합 주파수 신호 소스를 만드는 것은 매우 쉽습니다. 아마도 가장 쉬운 방법은 전압 소스를 직렬로 연결하는 것입니다. (아래 그림)

전압 소스의 직렬 연결은 신호를 혼합합니다.

일부 컴퓨터 통신 네트워크는 기존 길이의 전원 케이블을 따라 컴퓨터 데이터를 전달하기 위해 60Hz 전력선 도체를 따라 고주파 전압 신호를 중첩하는 원리로 작동합니다.

이 기술은 고압 전력선을 따라 부하 데이터를 전달하기 위해 전력 분배 네트워크에서 수년 동안 사용되었습니다. 확실히 이것은 의도적으로 설정된 조건에서 혼합 주파수 AC 전압의 예입니다.

경우에 따라 단일 전압 소스에서 혼합 주파수 신호가 생성될 수 있습니다. 가청 주파수 기압파를 해당 전압 파형으로 변환하는 마이크의 경우가 그렇습니다.

마이크에서 출력되는 전압 신호의 특정 주파수 혼합은 재생되는 사운드에 따라 다릅니다. 음파가 하나의 순수한 음이나 톤으로 구성된 경우 전압 파형도 마찬가지로 단일 주파수에서 사인파가 됩니다.

음파가 여러 음표의 화음 또는 기타 하모니인 경우 마이크에서 생성되는 전압 파형은 함께 혼합된 주파수로 구성됩니다. 자연음은 순수한 단일 사인파 진동으로 구성되어 있는 것이 아니라 다양한 진폭에서 서로 다른 주파수 진동이 혼합되어 있는 경우가 거의 없습니다.

기본 및 조화 주파수

뮤지컬 화음 하나의 주파수를 첫 번째의 특정 분수 배수의 다른 주파수와 혼합하여 생성됩니다.

그러나 조금 더 조사하면 단일 피아노 음(뽑은 현으로 생성됨)도 여러 다른 주파수와 혼합된 하나의 주요 주파수로 구성되며 각 주파수는 첫 번째의 정수 배수(하모닉스 , 첫 번째 빈도를 기본이라고 합니다. ).