1.7 Niet-sinusvormige signalen

Elk periodiek niet-sinusvormig signaal is op te bouwen uit sinussen: een grondgolf (frequentie f) plus harmonischen op 2f, 3f, 4f ... Een zuivere sinus (1.6) heeft geen harmonischen; die ontstaan bij de geringste vervorming.

1.7.1 audiosignaal

Spraak en muziek als elektrisch signaal, bijvoorbeeld uit een microfoon. Het hoorbare gebied loopt van ongeveer 20 Hz tot 20 kHz; voor verstaanbare spraak is 300 tot 3000 Hz genoeg. Een audiosignaal is een grillige golfvorm met veel frequenties tegelijk (zie N 1.5).

1.7.2 bloksignaal

PE1HVH - Exameneisen 1.7 Niet-sinusvormige signalen: blokgolf opgebouwd uit grondgolf en oneven harmonischen

Een symmetrische blokgolf bevat alleen de grondgolf en de oneven harmonischen, met amplitude 1/n. Grondfrequentie 1 kHz: 3, 5 en 7 kHz; 1500 Hz: 1500, 4500, 7500 Hz en hoger. Hoe meer harmonischen, hoe steiler de flanken.

1.7.3 de grafische voorstelling in de tijd

Op de oscilloscoop zie je de som van grondgolf en harmonischen. Een grondgolf met zijn 3e harmonische geeft een afgeplatte of ingedeukte top, afhankelijk van de fase; met de 3e en 5e erbij gaat het al op een blok lijken (zie figuur). Zaagtand en driehoek bevatten ook harmonischen.

1.7.4 gelijkspanningscomponent, grondgolf en zijn harmonischen

Gelijkspanningscomponent = gemiddelde waarde over één periode: oppervlak onder de grafiek gedeeld door de periodeduur. Puls van 6 A gedurende 1 ms, periode 3 ms: 6 · 1/3 = 2 A. Een sinus die schommelt tussen 2 en 8 V zit op een gelijkspanning van (2 + 8) / 2 = 5 V. Een zuivere wisselspanning heeft gemiddelde 0; een condensator houdt de gelijkspanningscomponent tegen.
Nummering: de grondgolf is de 1e harmonische. Zender op 145 MHz: 1e harmonische 145 MHz, 2e 290 MHz, 3e 435 MHz. Zender op 30 m (10 MHz): 3e harmonische 30 MHz.
Een afwijking van de grondfrequentie vermenigvuldigt mee: kristalcalibrator 100 kHz + 10 Hz, 35e harmonische = 35 · 100,010 kHz = 3500,350 kHz.

1.7.5 ruis \( \left[ P_{N} = kTB \right] \), thermische ruis, via de antenne ontvangen ruis, ruisvermogen per Hz, ruis-vermogen in de bandbreedte

Thermische ruis: elke geleider boven 0 K maakt ruis door de warmtebeweging van elektronen; hoe warmer, hoe meer ruis. \( P_{N} = kTB \) met k = 1,38 · 10^-23 J/K (constante van Boltzmann), T in kelvin, B de bandbreedte in Hz.
Ruisvermogen per Hz: kT. Bij 290 K is dat 4 · 10^-21 W/Hz = −174 dBm/Hz.
Ruis in de bandbreedte: P_N is evenredig met B. In dBm: −174 + 10 · log B; bij 3 kHz −174 + 35 ≈ −139 dBm. Van 500 naar 1000 Hz: ruisvermogen verdubbelt (+3 dB). Een CW-signaal past in 300 Hz; naar 3000 Hz geeft tien keer zoveel ruis bij hetzelfde signaal, dus een kleinere signaal-ruisverhouding (20 dB wordt 10 dB). Meer versterking helpt niet: signaal en ruis gaan evenveel omhoog.
Via de antenne komt ook ruis binnen: atmosferische ruis (onweer), kosmische ruis en door mensen gemaakte storing. Op de lagere hf-banden is die meestal sterker dan de ruis van de ontvanger zelf; op VHF en hoger telt het ruisgetal van de ontvanger meer (zie 4.4).