Сигнали та їх перетворення. Системи счислення. Коди та їх характеристика. Перешкоди та їх характеристики

1.СИГНАЛИ ТА ЇХ ПЕРЕТВОРЕННЯ.

1.1Типи   сигналів.

1.1.1  Аналогові (непреривні)  сигнали.

Принципи   побудови   електронних  пристроїв, режими  роботи прила-дів  залежать  від   характеру  сигналів, які  підлягають  обробці.

Cигналом  називають  процес   зміни  в  часі  фізичного  стану   якого – небудь параметру  електричного пристрою, який (параметр) використовується для  відображення, регістрації  та  передачі  повідомлень.

          В  практиці  людської  діяльності повідомлення  нерозривно  пов’язані  з  закладеною  в  них   інформацією.

Сигнали,  що  використовуються  в  електронній  техніці,  роздіяються  на   аналогові,  дискретні (імпульсні) та  цифрові.

          Аналогові  сигнали,  точніше  їх  математичні  моделі, представляють   собою  непреривні  в  часі   функції,  що  описують   зміни  напруги  чи  струму. В  залежності  від  частоти  зміни   вони  розділяються  на  постійні (такі,   що  повільно  змінюються  у  часі) та  змінні. Носієм    інформації  в   постійних  сигналах  є  його   рівень   відносно  нуля  напруги   чи  струму .

           Математична  модель  змінного  сигналу   в загальному  вигляді  описується  формулою

                             (1.1)

де  X_n,  ω_n,  φ_n -  відповідно  амплітуда,   частота  та  початкова фаза  n-ої  гармоніки; N-кількість гармонік.

            Інформація,  що  передається   сигналом  (1.1) як  правило  міститься  в  амплітудах складових. Сигнали (1.1)  одержуються та перетворюються (підсилюються)  в  звуковідтворюючій   апаратурі .

 В  системах автоматики часто  використовується моногармонічний   сигнал:

                                                                     (1.2)

        Перевага  сигналу (1.2)  заключається  в  тому,  що  він  може   використовуватись  як  базовий   для  передачі  інформації. При   цьому   інформація,  що  передається   може  міститись  в  любому  з  його  параметрів – амплітуді, частоті, фазі, або  одночасно  в  декількох  з  них.

Процес цілеспрямованої зміни параметрів базового сигналу по закону, відповідаючому закону зміни передаваємої інформації, називається модуля-цією. Базовий сигнал при цьому називається несучим, або несучою функцією.

На рис. 1.1. а, б, в іллюструється найпростіший випадок, коли несуча моногармонічна функція x(t) з нульовою фазою та частотою ω₁ модулюється по амплітуді також синусоїдальним сигналом x_μ(t) з частотою Ω. Промодульований сигнал, представлений на рис.1.1. в записується у вигляді

  ,                                               (1.3)

де  μ=X_μ/X_m – глибина модуляції;  X_μ – амплітуда модулюючого сигналу.

  Рис. 1.1,г іллюструє вигляд базової функції при наявності модуляції по частоті.

Якщо модулюючою функцією x_μ(t) являється гармонічний сигнал, то модуляція називається гармонічною. Розріняють амплітудну (АМ), частотну (ЧМ) та фазову (ФМ) модуляції. Останні дві, завдяки взаємозв’язку між частотою  та  фазою,  часто  об’єдну-ються  під  назвою  кутової  модуляції.

Пристрої, в яких забезпечується процес модуляції параметрів базової функції  називаються  модуляторами.

В практиці електроніки описані види модуляції використовуються для передачі сигналів  з  різних  датчиків,  наприклад,  датчиків  рівня  рідин   в  цистернах  і  т. п.

Не вдаючись в деталі теорії модуляції необхідно замітити, що амплітудна модуляція більш проста в технічній реалізації, порівняно з кутовими. Але в той же час цей вид модуляції має низьку стійкість як відносно зовнішніх перешкод, так і відносно стабільності параметрів апаратури, в якій вона використовується.    

          Кутові види модуляції, навпаки мають достатньо складну технічну реалізацію, але в той же час, стійкі відносно зовнішніх перешкод. Недолік їх заключається в тому, що  такі  сигнали  займають  широкий  частотний  спектр передачі.

В розділі дуже коротко розглянуті лише питання, пов'язані з передачею аналогової інформації. Все, що стосується її перетвореня, розглядається в відповідних курсах .

          1.1.2. Імпульси, імпульсні послідовності.

Підтримувати стабільність і точність в аналогових схемах досить тяжко. На їх роботу впливають допуски , які закладаються при виробництві електронних компонентів, температура , напруга живлення, космічне випромінювання, шуми і наводки, створюємі іншими колами і пристроями.

До того ж реалізація математичних і логічних операцій в більшості ситуацій або дуже складна,  або даже неможлива при роботі з аналоговимим сигналами. Для того, щоб впевнитись  в цьому, достатньо попробувати реалізувати на аналогових компонентах будь-яку з відомих констант. Рекомендується провести такий дослід. Використовуючи операційний підсилювач і решту реальних компонентів реалізувати схему підсилювача так, щоб вона на виході підтримувала напругу,рівну числу p = 3.141592653...

Реально забезпечити точність відтворення даже з похибкою в 1% майже неможливо.

В попередньому параграфі відмічалося, що для передачі інформаційних сигналів використовується, як база – синусоїда. В практиці перетворення й передачі інформації цей приклад являється лише одним із способів. Іншим способом являється імпульсний, який  використовує  в  якості  базового  послідовність  імпульсів.