Сигнали та їх перетворення. Типи сигналів. Аналогові (непреривні) сигнали. Принципи побудови електронних пристроїв

Cигналом називають процес зміни в часі фізичного стану якого-небудь параметру електричного або електронного 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, розділяються 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:

де , ,  – 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 досить часто використовується моногармонічний сигнал:

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

Процес цілеспрямованої зміни параметрів базового сигналу за законом, який відповідає закону зміни передаваної інформації, називається модуляцією. Базовий сигнал при цьому називається несучим сигналом, або несучою функцією.

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

де  – глибина модуляції;  – амплітуда модулюючого сигналу.

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

Якщо модулюючою функцією  виступає гармонічний сигнал, то модуляція називається гармонічною. Розрізняють амплітудну (АМ), частотну (ЧМ) та фазову (ФМ) модуляції. Останні дві, завдяки взаємозв’язку між частотою та фазою, часто об’єднуються 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 рідини в цистернах і т. п.).

Не вдаючись в деталі теорії модуляції, необхідно помітити, 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. Їх недолік полягає в тому, що такі сигнали займають широкий частотний спектр передачі.

Використання процесів модуляції неможливо без наявності зворотніх процесів – виділення інформаційного сигналу з промодульованого. Такі зворотні процеси називаються демодуляцією, або детектуванням.

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

1.1.2. Імпульси, імпульсні послідовності

Підтримувати стабільність і точність в аналогових схемах досить важко