什么是谐波?为什么说正弦波是单一频率而方波确不是?这是个困惑很多人的问题,我们来探讨一下,建立一个简化的模型。 先来说说示波器,示波器测量的是什么?无论是模拟的还是数字的,它测量的是某一瞬时电压,就是电场,什么是电场?就是描述所有电子能量大小的表示,注意是“所有”。 所谓所有,指的是全部频率的电子“瞬间”所显示出来的能量,可以想象一下,在导体里面,存在大量自由运动的电子,都在做上下的跳动,就像一个松开手的篮球,在地球重力场的作用下上下跳动,如果我们记录蓝球每时每刻的重力势能,就会发现,它的势能变化是一个正弦,无论它是否正处于衰减状态,它还是一个正弦,只不过它的弹起来的最高高度在不断降低,也就是是能量在减小,但,波形是正弦没变,地球的引力场加速度是恒定值,导体里面的每一个电子就像处于一个固定的场(各种能量作用于单个电子,所合成的受力场只有一个) ,每一个自由电子都在正弦振荡!
按照概率平均分布,电子振荡的频率从0Hz到无穷大的频率,每一个频率点都有那么一批电子在振荡,这就是噪声,系统的带宽越大,噪声也越大,因为所包含的振荡电子的数量也越大,总能量越大。
一旦有那么一个选频放大电路,对某一批特定频率和相位的电子不断的正反馈,晶体管作用下电子数量的补充(放大),当这一批特定频率的电子数量,能量大到一定程度,示波器就可以探测出来。一个正弦波!
到这里,假设只有一个电子在振荡,那么示波器所显示出来的曲线就是电子的势能,就是篮球的高度变化曲线,只有一个电子的时候是纯正弦,如果还有另外一个的电子呢?这时,总的势能就是两个篮球高度的瞬时叠加,两个篮球频率和相位如果一样,那么示波器所测的是正弦,没变!幅值增加了。如果是不一样的频率和相位,很容易就可以想到,原来那个篮球在下降的时候(就是正弦波形下滑的时候),另一个篮球正处在上升阶段,原来下滑的正弦被“顶”了起来,已经不是纯正弦!反过来想,要是示波器测出一个非正弦,那么一定是有其他频率的波形存在,即是谐波! 有那么一种凑巧的情况: U = W1+W2+W3+W4+W5 5个倍频的电子叠加,呵呵,傅利叶出来了,方波出来了! 可以下个方波的音频用耳朵好好听听,能听出有3,4个频率,因为我们的听觉中枢包含无数个感应特定频率的神经,世界的本质就是由正弦组成!
下次有机会就用5个电子对传输线与阻抗建立个解释模型:)
|