Магазины электрических ве­личин

Вид материала

Документы

Содержание Модули упругости Гука законе В. С. Ленский. Модуляция колебаний А синусоидальным сигна­лом модулиров. колебание (рис. 2) может быть записано в виде: х=А Рис. 2. Колебание, модулированное по амп­литуде синусоидальным сигналом. Рис. 3 Радиоимпульсы. В. Н. Парыгин. Фарадея эффект Л. Н. Капорский. М. А. Миллер, Г. В. Пермитин.

Подобный материал:

• Рабочей программы дисциплины Электроэнергетические системы и сети по направлению подготовки, 21.71kb.
• Отчет по лабораторной работе должен содержать: наименование работы и номер, схемы, 365.83kb.
• Экзаменационные вопросы по курсу «Электротехника и электроника», 23.91kb.
• Бизнес-план магазина товаров для детей Содержание, 138.19kb.
• 1. Основные понятия и обозначения электрических величин и элементов электрических цепей., 277.03kb.
• Цифровой вольтметр щ-304, 137.06kb.
• Телемеханики, 26.01kb.
• Отдел метрологического обеспечения измерений электрических величин, 42.58kb.
• Курсовая работа по курсу «основы физических измерений», 226.86kb.
• Теория электрических цепей (часть, 63kb.

МОДУЛИ УПРУГОСТИ (от лат. mo­dulus — мера), величины, характери­зующие упругие св-ва материалов при малых деформациях. При растяжении силой F цилиндрич. образца дли­ной l с площадью поперечного сече­ния 5 имеет место линейная зависи­мость между норм. напряжением в по­перечном сечении =F/S и относит. удлинением =l/l, т.е. =Е. Кон­станта материала Е наз. м о д у л е м Ю н г а или м о д у л е м п р о д о л ь н о й у п р у г о с т и. При растяжении относит. уменьшение по­перечных размеров образца — ' пропорц. . Величина v=-'/, наз. коэффициентом Пуассона. При крученни тонкостенного трубчатого об­разца касат. напряжение т в попереч­ном сечении пропорц. деформации сдвига у, т. е. =G. Константа мате­риала G наз. м о д у л е м с д в и г а. В изотропном материале значения Е, G, v не зависят от направления, в к-ром вырезан из среды испытуемый образец. При сжатии изотропного тела произвольной формы равномер­ным давлением р в нём возникает одно­родное гидростатич. напряжённое со­стояние, при к-ром ₁₁=₂₂=₃₃=- р, ₁₂=₂₃=₃₁=0 и гидростатич, деформация ₁₁=₂₂=₃₃=, ₁₂=₂₃=₃₁=0, причём 3=, где  — относит. изменение объёма пропорц. давлению, т. е. - p=K или =3K, где = 1/3(11+₂₂+₃₃) — сре­днее напряжение. Константа К наз. м о д у л е м о б ъ ё м н о й у п р у г о с т и (иногда — модулем всесто­роннего сжатия).

В обобщённом Гука законе вводится ещё два М. у.— постоянные Ламе  и , причём в изотропном материале независимых М. у. только два (напр.,  и  или Е и v). Между М. у. имеют место равенства:



427


Для большинства металлов v0,3. Значение v=0,5 соответствует меха­нически несжимаемому материалу. В стали E2•10⁶ кгс/см², G8•10⁵ кгс/см²; в меди E0,9•10⁶ кгс/см², G4•10⁵ кгс/см²; в алюминии E0,75•10⁶ кгс/см², G2,7•10⁵ кгс/см²; в граните E0,8•10⁶ кгс/см², G3•10⁵ кгс/см².

В анизотропном материале упругие

св-ва определяются 21 М. у. В ряде материалов (монокристаллы, направ­ленно армированные композиты и т.п.) имеются плоскости симметрии упру­гих св-в. При этом число независимых М. у. уменьшается.

М. у. зависят от темп-ры; на вели­чину М. у. для данного материала влияют: термообработка, радиоактив­ное облучение, скорость деформации и др. внеш. факторы.

• Беляев Н. М., Сопротивление мате­риалов, 9 изд., М., 1954; Лехницкий С. Г., Теория упругости анизотропного тела, М.—Л., 1950; Фридман Я. В., Механи­ческие свойства металлов, 3 изд. ч 1—2 М., 1974.

В. С. Ленский.

МОДУЛЯЦИЯ (от лат. modulatio — мерность, размеренность), изменение по заданному закону во времени пара­метров, характеризующих к.-л. ста­ционарный физ. процесс. Примеры М.: изменение по определ. закону ампли­туды, частоты или фазы гармонич. колебания для внесения в колебат. процесс требуемой информации (см. Модуляция колебаний); изменение во времени интенсивности электронного потока в электронно-лучевом осцил­лографе, осуществляемое с помощью спец. электрода (модулятора) и приводящее к соответствующему из­менению яркости свечения экрана трубки; управление яркостью света с помощью поляризующих устройств и Керра ячейки; изменение скорости эл-нов в электронном потоке в клист­роне и др. В этих случаях один или неск. параметров, характеризующих стационарный процесс (напр., интен­сивность, амплитуда, скорость, часто­та) изменяются во времени в соответ­ствии с модулирующим воздействием. Иногда говорят о пространств. М.— изменении параметров стационарного процесса в пр-ве. В нелинейных коле­бат. и волн. системах возможно спон­танное возникновение М. (автомоду­ляция).

В. В. Мигулин.

МОДУЛЯЦИЯ КОЛЕБАНИЙ, мед­ленное по сравнению с периодом коле­баний изменение амплитуды, частоты или фазы колебаний по определ. за­кону. Соответственно различаются ам­плитудная, частотная и фазовая М. к. (рис. 1). Возможна и смешанная модуляция (напр., амплитудно-фазо­вая). При любом способе М. к. ско­рость изменения амплитуды, частоты или фазы должна быть достаточно ма­лой, чтобы за период Т колебания модулируемый параметр почти не из­менился.

М. к. применяется для передачи информации с помощью эл.-магн. волн радио- или оптич. диапазонов, а также акустич. волн. «Переносчиком» сиг­нала явл. синусоидальные колебания высокой частоты со. Амплитуда, час­тота или фаза этих колебаний, а в случае света и поляризация модули­руются передаваемым сигналом (см. Модуляция света).




Рис. 1. а — гармонич. колебания несущей частоты; б — модулирующий сигнал; в — амплитудно-модулиров. колебание; г —частотно-модулиров. колебание; д — фазово-модулиров. колебание.


В простейшем случае модуляции амплитуды А синусоидальным сигна­лом модулиров. колебание (рис. 2) может быть записано в виде:

х=А₀ (1+msinl)sin(t+). (1)

Здесь А₀ — амплитуда,  — частота исходного колебания,  — частота мо­дуляции; величина m, наз.



Рис. 2. Колебание, модулированное по амп­литуде синусоидальным сигналом.


г л у б и н о й м о д у л я ц и и, характе­ризует степень изменения амплитуды:



Частота модуляции  характеризует скорость изменения амплитуды коле­баний. Эта частота должна быть во много раз меньше, чем несущая час­тота со. Модулиров. колебание уже не явл. строго синусоидальным. Ам­плитудно-модулиров. колебание пред­ставляет собой сумму трёх синусои­дальных колебаний с частотами , +, -. Частота  наз. несущей. Две остальные частоты наз.

б о к о в ы м и ч а с т о т а м и (сателли­тами). Амплитуда каждой из них равна mА₀/2.

Любая передающая радиостанция, работающая в режиме амплитудной модуляции, излучает не одну частоту, а спектр частот. В простейшем случае М. к. синусоидальным сигналом этот спектр содержит лишь три состав­ляющие — несущую и две боковые. Если же модулирующий сигнал не синусоидальный, а более сложный, то вместо двух боковых частот в спектре модулиров. колебания будут две б о к о в ы е п о л о с ы, частотный сос­тав к-рых определяется частотным со­ставом модулирующего сигнала. По­этому каждая передающая станция занимает определённый частотный ин­тервал. Во избежание помех несу­щие частоты разл. станций должны от­стоять друг от друга на расстоянии, большем, чем сумма боковых полос. Ширина боковой полосы зависит от хар-ра передаваемого сигнала; для радиовещания — 10 кГц, для телеви­дения — 6 МГц. Исходя из этих вели­чин, выбирают интервал между несу­щими частотами разл. станций. Для получения амплитудно-модулиров. ко­лебания колебание несущей частоты  и модулирующий сигнал частоты  подают на спец. устройство — м о д у л я т о р.

В случае частотной моду­ляции синусоидальным сигналом частота колебаний меняется по за­кону:

l =₀+cost, (3)

где  — т. н. д е в и а ц и я ч а с т о т ы. При частотной модуляции полоса частот модулиров. колебания зависит от величины =/, наз. и н д е к с о м ч а с т о т н о й м о д у л я ц н и. При <<1 справедливо приближённое соотношение:

хA₀(sint+sintcost). (4)

В этом случае частотно-модулиров. колебание, так же как и амплитудно-лодулированное, состоит из несущей частоты  и двух спутников с часто­тами + и -. Поэтому при малых  полосы частот, занимаемые шплитудно-модулированными и частотно-модулиров. сигналами, одина­ковы. При больших индексах  спектр боковых частот значительно увеличивается. Кроме колебаний с частотами ± появляются колебания, частоты к-рых равны ±2, ±3 [ т. д. Полная ширина полосы частот, занимаемая частотно-модулиров. колебанием с девиацией  и частотой модуляции  (с точностью, достаточной для практич. целей), может считаться равной 2+2. т. е. шире, ;ем при амплитудной модуляции.

Преимуществом частотной модуляции перед амплитудной в технике вязи явл. большая помехоустойчивость. Это кач-во частотной модуляции проявляется при >>1, т. е. когда полоса частот, занимаемая частотно-

428


модулиров. сигналом, во много раз больше 2. Поэтому частотно-модулиров. колебания используются для высококачеств. передачи сигналов в диапазоне УКВ, где на каждую радио­станцию выделена полоса частот, в 15—20 раз большая, чем в диапазоне длинных, средних и коротких радио­волн, на к-рых работают радиостан­ции с амплитудной модуляцией. Час­тотная модуляция применяется также для передачи звук. сопровождения телевизионных программ. Частотно-модулиров. колебания могут быть получены изменением частоты задаю­щего генератора.

В случае фазовой модуля­ции модулиров. колебание имеет вид:

х=А₀sin(t +sint). (5)

Такое колебание тождественно час­тотно-модулированному с синусои­дальной модуляцией частоты по за­кону (3), причём  совпадает с ин­дексом модуляции р. О фазовой моду­ляции говорят в случае, если  ос­таётся неизменным при изменении частоты модулирующего сигнала , а о частотной, когда при этом не изменяется =. В случае несинусоидального модулирующего сигнала различие между частотной и фазовой М. к. более чётко выражено (рис. 1, г, д).

Во мн. случаях модулирующий сиг-пал имеет вид импульса, а результи­рующий — цуга колебаний высокой



Рис. 3 Радиоимпульсы.


частоты или радиоимпульса (рис. 3). Радиоимпульсы используются, напр., в радиолокации, иногда с дополнит. частотной модуляцией несущего сиг­нала. В многоканальных системах связи в кач-ве переносчика информа­ции используется не гармонич. коле­бание, а периодич. последователь­ность радиоимпульсов. Такая после­довательность определяется четырьмя параметрами: амплитудой, частотой следования, длительностью (шириной) и фазой. В соответствии с этим воз­можны четыре типа импульсной моду­ляции: амплитудно-импульсная, час­тотно-импульсная, широтно-импульс­ная, фазово-импульсная. Импульсная модуляция обладает повышенной по­мехоустойчивостью по сравнению с модуляцией непрерывной синусоидальной несущей, зато полоса частот, за­нимаемая передающей радиостанцией с импульсной модуляцией во много раз шире, чем при амплитудной модуля­ции (см. Импульсная модуляция).

Модуляция используется не только для регулярных, но и для случайных сигналов, напр. в радиоастрономии модулируются шумовые сигналы.

• Харкевич А. А., Основы радиотех­ники, ч. 1, М., 1962; Гольдман С., Гар­монический анализ, модуляция и шумы, пер. с англ., М., 1951; Р ы т о в С. М., Модулированные колебания и волны, «Тр. Физичес­кого ин-та АН СССР», 1940, т. 2, в. 1; 3 е р н о в Н. В., Карпов В. Г., Теория радиотехнических цепей, 2 изд., Л., 1972.

В. Н. Парыгин.

МОДУЛЯЦИЯ СВЕТА (модуляция оп­тического излучения), изменение во времени по заданному закону ампли­туды (интенсивности), частоты, фазы или поляризации колебаний оптиче­ского излучения. Применяется для пере­дачи информации с помощью оптич. сигналов или для формирования све­товых потоков с определ. парамет­рами. В зависимости от того, какая хар-ка подвергается изменению, раз­личают амплитудную, фа­зовую, частотную или п о л я р и з а ц и о н н у ю М. с. Для из­лучений видимого и ближнего ИК диапазонов (10¹⁴—8•10¹⁴ Гц) возможны частоты модуляции с верх. пределом до 10¹¹—10¹² Гц. Естественная М. с. происходит при испускании света элем. излучателями (атомами, ионами); независимость испускания такими излучателями фотонов и раз­личие в частоте последних приводит к тому, что излучение содержит набор частот и флуктуирует по амплитуде, т. е. является амплитудно-частотно-модулпрованным. Естеств. частотная М. с. происходит также при неупру­гом рассеянии света на внутримолеку­лярных колебаниях (см. Комбина­ционное рассеяние света) и на упругих волнах в конденсиров. средах (см. Мандельштама — Бриллюэна рассея­ние). В обоих случаях рассеянный свет содержит частоты, отличные от частоты падающего света.

М. с., при к-рой преобразование излучения происходит в процессе его формирования непосредственно в ис­точнике оптич. излучения, наз. в н у т р е н н е й М. с. При в н е ш н е й М. с. параметры излучения изменяют после его выхода из источника с по­мощью модуляторов света. Они характеризуются линейностью модуляц. хар-ки, динамич. диапазоном модулируемых частот, широкой по­лосой пропускания, потребляемой мощностью, световыми потерями. Т. к. регистрация излучения, модулирован­ного по частоте, фазе или поляриза­ции, сопряжена с технич. труднос­тями, то на практике все эти виды М. с. преобразуют в амплитудную модуляцию либо непосредственно в модуляторе, либо с помощью спец. устройств, помещаемых перед приём­ником излучения.

Простейший модулятор для ампли­тудной М. с.— устройство, обеспечи­вающее периодич. прерывание свето­вого потока. С этой целью используют колеблющиеся и вращающиеся за­слонки, призмы, зеркала, а также вращающиеся диски с отверстиями, растры. Наиболее широко распрост­ранены вращающиеся диафрагмы с оп­редел. сочетанием прозрачных и не­прозрачных элементов. При вращении диафрагмы световой поток прерывается с частотой, равной произведению

числа модулируемых элементов на час­тоту вращения диафрагмы.

М. с. осуществляют также на основе физ. эффектов, протекающих при рас­пространении световых потоков в разл. средах (электрооптич., магнитооптич., упругооптич. эффекты). Для такой модуляции применяют управ­ляемый двулучепреломляющий эле­мент из материала, обладающего ес­тественной или наведённой анизо­тропией. Внеш. управляющее поле (напр., электрич. поле или поле упру­гих напряжений) приводит к изме­нению оптич. хар-к среды. Широкое распространение получили модуля­торы на основе Поккельса эффекта, в к-рых фазовый сдвиг между обык­новенным и необыкновенным лучами линейно зависит от величины напря­жённости электрич. поля. В модуля­торах на основе Керра эффекта раз­ность фаз колебаний обыкновенного и необыкновенного лучей пропорц. квадрату напряжённости электрич. поля. Для получения амплитудной М. с. электрооптич. в-во обычно поме­щают между скрещёнными поляриза­торами. Важным св-вом электрооп­тич. эффекта явл. его малая инерцион­ность, позволяющая осуществить М. с. вплоть до частот 10¹² Гц. В электро­оптич. модуляторах ослабление моду­лирующего сигнала не зависит от ин­тенсивности модулируемого света, и потому для увеличения глубины моду­ляции используют многократное про­хождение света через один и тот же модулирующий сигнал. Примером мо­жет служить модулятор на основе интерферометра Фабри — Перо, за­полненный электрооптич. средой.

С целью увеличения объёма инфор­мации, переносимой световым лучом, используют п р о с т р а н с т в е н н у ю М. с., различную в каждой точке поперечного сечения пучка света. Осн. элемент пространств. модулятора света — кристалл, на поверхности к-рого записывается определ. потенци­альный рельеф; проходящий через кри­сталл пучок света оказывается промодулированным в каждой точке попе­речного сечения в соответствии с потен­циальным рельефом, записанным на кристалле, при этом модуляция мо­жет быть амплитудной и фазовой.

Из многочисл. магнитооптич. эффек­тов для М. с. наибольшее применение нашёл Фарадея эффект в прозрачных в-вах. Периодически меняющееся магн. поле приводит к периодич. изме­нению угла вращения плоскости поля­ризации света, прошедшего через маг­нитооптич. элемент, помещённый в магн. поле. Угол поворота плоскости поляризации пропорц. длине пути света в в-ве и при достаточной про­зрачности среды может быть сделан сколь угодно большим. Важной осо­бенностью магнитооптич. модуляторов явл. постоянство коэфф. удельного

429


вращения плоскости (Верде постоян­ная) в ИК диапазоне длин волн. Это повышает конкурентоспособность магнитооптич. устройств при больших длинах волн оптич. излучения по сравнению с электрооптическими, в к-рых управляющее напряжение ли­нейно возрастает с увеличением длины волны света. В магнитооптич. модуля­торах света удаётся достичь глубины модуляции (см. Модуляция колебаний) 40% на частотах до 10⁸ Гц.

Для М. с. используют также ис­кусств. оптич. анизотропию, к-рая возникает в иек-рых изотропных тв. телах под воздействием упругих на­пряжений (фотоупругость). При про­хождении плоскополяризованного из­лучения через фотоупругую среду с наведённым двулучепреломлением излучение становится эллиптически поляризованным. Помещая такую сре­ду между скрещенными поляризато­ром и анализатором, наблюдают ам­плитудную М. с., аналогичную моду­ляции в электрооптич. средах. При­менение таких модуляторов особенно целесообразно в ИК диапазоне, т. к. разность фаз колебаний необыкновен­ного и обыкновенного лучей ~n³, где n — показатель преломления, рав­ный 4—6 для в-в, прозрачных в этом диапазоне.

В основе работы акустооптич. моду­ляторов лежит явление дифракции света на ультразвуке (см. также Фото­акустические явления).

Методы, основанные на изменении поглощения света средой, обеспечи­вают лишь амплитудную М. с. При этом обязательно имеют место потери световой энергии в модулирующем устройстве. Электрич. управление по­глощением света (полупроводниками) легко может быть получено либо при изменении концентрации свободных носителей или их подвижности, либо за счёт сдвига края полосы поглоще­ния (Франца — Келдыша эффект).

Внутр. М. с. осуществляют, исполь­зуя для питания электрич. источников света переменное или пмпульсно-периодич. напряжение. Лампы накаливания при этом из-за своей инерционности дают заметную глубину модуляции лишь до частот ~10² Гц; газоразряд­ные источники света менее инерционны и допускают модуляцию до частот 10⁵ Гц (при глубине модуляции 50— 70%).

Появление лазеров вызвало интен­сивное развитие методов внутр. М. с., основанных на управлении когерент­ным излучением за счёт изменения параметров лазера. При этом многие устройства, размещаемые внутри оп­тического резонатора лазера, приме­няются как внеш. модуляторы. Ис­пользуя разл. способы внутр. модуля­ции, получают любой вид М. с.: ам­плитудный, частотный, фазовый и поляризационный. Управление частотой излучения лазера достигается путём изменения добротности оптич. резонатора лазера, напр. изменения оптич. длины резонатора. С этой целью одно из зеркал резонатора за­крепляют либо на магнитострикционном стержне (см. Магнитострикционный преобразователь), либо на пьезоэлементе и изменяют длину резона­тора синхронно с модулирующим на­пряжением. Тот же эффект может быть достигнут путём изменения показа­теля преломления среды, заполняю­щей резонатор. Для этого внутрь резонатора помещают электрооптич. кристалл. Частотную модуляцию из­лучения лазера можно получить также при наложении на активную среду магн. или электрич. полей (см. Зеемана эффект, Штарка эффект), под действием к-рых происходит расщеп­ление и смещение рабочих уровней атомов, ответственных за генерацию когерентного излучения. Изменяя ве­личину коэфф. усиления, получают амплитудную модуляцию излучения лазера. Для этого воздействуют на разность населённостей активной сре­ды, либо используя вспомогат. воз­буждение, приводящее к перераспре­делению населённостей. Амплитудная модуляция излучения может быть получена и при помощи модуляции тока разряда газовых или ПП лазе­ров, работающих в непрерывном ре­жиме. Одним из методов управления когерентным излучением с целью полу­чения импульсного излучения явл. модуляция величины обратной связи лазера, т. е. коэфф. отражения зер­кал резонатора. С этой целью исполь­зуют резонатор, одно из зеркал к-рого вращается с большой скоростью, и поэтому условия генерации выпол­няются лишь в короткие промежутки времени. Вместо зеркал часто исполь­зуют вращающуюся призму полного внутр. отражения. Изменение вели­чины обратной связи можно также получить, заменяя одно из зеркал на интерферометр Фабри — Перо. Коэфф. отражения такого резонатора зави­сит от расстояния между зеркалами, меняя к-рое, можно модулировать интенсивность излучения и получать т. н. гигантские импульсы (см. Ла­зер). Наконец, излучение лазеров мож­но модулировать, изменяя доброт­ность оптич. резонатора путём введе­ния потерь, величина к-рых управ­ляется внеш. сигналом. Для этого используют модуляторы на основе электрооптич. и фотоупругих сред. Для т. н. пассивного управления доб­ротностью используют метод, осно­ванный на введении в резонатор эле­ментов (растворов, стёкол), прозрач­ность к-рых изменяется под действием светового излучения. Такой вид моду­ляции (а в т о м о д у л я ц и и) ши­роко используется для генерирования импульсов когерентного излучения нано- и пикосекундного диапазонов. Модуляторы света широко приме­няются в технике и науч. исследованиях, напр. в оптической связи, в вы­числит. технике.

• Мустель Е. Р., П а р ы г и н В. Н., Методы модуляции и сканирования света, М., 1970; Модуляция и отклонение оптического излучения, М., 1967.

Л. Н. Капорский.

МОДЫ (от лат. modus — мера, образ, способ, вид), типы колебаний (нор­мальные колебания) в распределён­ных колебат. системах (см. Объёмный резонатор, Оптический резонатор) или типы волн (нормальные волны) в волноводных системах и волновых пучках (см. Радиоволноводы, Квазиоптика). Термин «М.» стал употреблять­ся также для любого волнового поля (вне его источников), обладаю­щего определ. пространств. структу­рой (симметрией). Так появились по­нятия: М. излучения лазера, «утекаю­щая» М., поверхностная М., М. «шеп­чущей галереи», экспоненциально спа­дающая М., селекция М. и т. д. 9 См. лит. при статьях Нормальные коле­бания, Нормальные волны, Лазер.

М. А. Миллер, Г. В. Пермитин.