Несинусоидальный ток

С синусоидальными токами в более или менее чистом виде приходится иметь дело только в электротехнике. В радиотехнике же, как правило, приходится иметь дело с несинусоидальными токами. Переменная составляющая тока, проходящего через микрофон или динамик, создается звуковыми колебаниями, которые в большинстве случаев являются несинусоидальными.

Несмотря на это, изучение переменных синусоидальных токов совершенно необходимо для радиотехника. Дело в том, что любой периодический несинусоидальный ток можно представить в виде суммы нескольких синусоидальных токов.

Например, несинусоидальный периодический ток, представляющий собой прямоугольные импульсы, график которого изображен на рисунке 1, можно представить в виде суммы двух синусоидальных токов.

Рисунок 1. Простейший несинусоидальны ток: а) спооб получения; б) график. 

Графики этих токов и их суммирование показано на рисунке 2

Рисунок 2. Получение несинусоидального прямоугольного тока из двух синусоидальных. 

Весьма любопытно то, что при всяком разложении несинусоидального периодического тока на его синусоидальные составляющие частоты последних всегда относятся между собой как целые числа (1, 2, 3, 4 и т. д.) Например, в случаях, изображенных на рисунке 2, частоты синусоидальных составляющих относятся, как 1, 3.

Все составляющие несинусоидального тока называются его гармониками, причем составляющая, имеющая самую низкую частоту, называется первой гармоникой, составляющая с вдвое большей частотой — второй гармоникой и т. д.

Для более точного воспроизведения заданного несинусоидального тока (рисунок 2) потребуется ввести составляющие с более высокими частотами, которые будут в 7, 9, 11 и т. д. раз больше самой низкой или, как говорят, основной частоты.

На рисунки 3 представлено суммирования трех гармоник для получения несинусоидального тока в виде прямоугольных импульсов.

Рисунок 3. Получение несинусоидального прямоугольного тока из трех синусоидальных. 

Из рисунка видно, что большее количество суммируемых гармоник более приближает форму ток к заданному (прямоугольным импульсам).

Наличие тех или иных гармоник, а также их амплитуды и фазы зависят от формы несинусоидального тока. В примере, изображенном на рисунке 3, присутствуют только нечетные гармоники. В других случаях могут быть только четные гармоники или те и другие вместе (рисунок 4,5).

Рисунок 4. Несинусоидальный ток, в состав которого входят только 1-я и 2-я гармоники. 

Рисунок 5. Несинусоидальный ток, в состав которого входят 1-я, 2-я и 3-я гармоники.. 

Выше всюду речь шла о периодических несинусоидальных токах, т. е. о таких токах, все значения которых повторяются через определенный период времени. Непериодические токи также можно представить в виде суммы синусоидальных составляющих, однако в этом случае число этих составляющих будет бесконечно большим, а частоты соседних составляющих будут отличаться одна от другой на бесконечно малые величины. Таким образом, непериодические токи, например токи от атмосферных помех, можно представить лишь в виде сплошного спектра синусоидальных колебаний, в котором будут иметься токи всех частот.