на головну | список тем | перегляд презинтацій | самотестування | історія створення

 

 

 

Тема1: Сигнал і його типи.

Сигнал - це будь-яка фізична величина (наприклад, температура, тиск повітря, інтенсивність світла, сила струму і т. д.), що змінюється з часом.

Саме завдяки цій зміні в часі сигнал може нести в собі якусь інформацію.

Електричний сигнал - це електрична величина (наприклад, напруга, струм, потужність), що змінюється з часом.

Вся електроніка в основному працює з електричними сигналами, хоча останнім часом все більше використовуються світлові сигнали, які є інтенсивністю світла, що змінюється в часі.

Аналоговий сигнал (малюнок 1.1 а)) це сигнал, який може приймати будь-які значення в певних межах (безліч значень за одиницю часу) (наприклад, напруга може плавно змінюватися в межах від нуля до десяти вольт). Пристрої, що працюють тільки з аналоговими сигналами, називаються аналоговими пристроями.

Цифровий сигнал - (малюнок 1.1 б)) це сигнал, який може приймати тільки два значення (іноді - три значення). Пристрої, що працюють винятково з цифровими сигналами, називаються цифровими пристроями.

Малюнок 1.1. Типи сигналів.

а) аналоговий сигнал;

б) цифровий сигнал.

Причому дозволені деякі відхилення від цих значень. Наприклад, напруга може приймати два значення: від 0 до 0,5 В (рівень нуля) або від 2,5 до 5 В (рівень одиниці).

В природі практично всі сигнали аналогові, тобто вони змінюються безперервно в деяких межах. Саме тому перші електронні пристрої були аналоговими. Вони перетворювали фізичні величини в пропорційні їм напругу або струм, виконували над ними якісь операції і потім виконували зворотні перетворення у фізичні величини. Наприклад, голос людини (коливання повітря) за допомогою мікрофону перетвориться в електричні коливання, потім ці електричні сигнали підсилюються електронним підсилювачем і за допомогою акустичної системи знову перетворяться в коливання повітря, в більш сильний звук.

Проте аналогові сигнали і працююча з ними аналогова електроніка мають недоліки, пов'язані саме з природою аналогових сигналів. Річ у тому, що аналогові сигнали чутливі до дії всіляких паразитних сигналів - шумів, наводок, перешкод. (Малюнок 1.2)

Шум - це внутрішні хаотичні слабкі сигнали будь-якого електронного пристрою (мікрофону, транзистора, резистора і т. д.).

Наводки і перешкоди - це сигнали, що приходять на електронну систему ззовні і спотворюють корисний сигнал (наприклад, електромагнітні випромінювання від радіопередавачів або трансформаторів).

Всі операції, що проводять електронні пристрої над сигналами, можна умовно розділити на три великі групи:

- обробка (або перетворення);

- передача;

- зберігання.


Малюнок 1.2 Спотворення сигналів

а) аналогового сигналу

б) цифрового сигналу.

У всіх цих випадках корисні сигнали спотворюються паразитними сигналами -шумами, перешкодами, наводками. Крім того, при обробці сигналів (наприклад, при підсиленні, фільтрації) ще спотворюється і їх форма через недосконалість, неідеальність електронних пристроїв. А при передачі на великі відстані і при зберіганні сигнали до того ж послаблюються.

У випадку аналогових сигналів все це істотно погіршує корисний сигнал. Тому кожне перетворення, кожне проміжне зберігання, кожна передача по кабелю або ефіру погіршує аналоговий сигнал, іноді аж до його повного знищення. Треба ще врахувати, що всі шуми, перешкоди і наводки принципово не піддаються точному розрахунку, тому точно описати поведінку будь-яких аналогових пристроїв абсолютно неможливо. До того ж з часом параметри всіх аналогових пристроїв змінюються через старіння елементів, тому характеристики цих пристроїв не залишаються постійними.

На відміну від аналогових, цифрові сигнали, що мають всього два значення, набагато краще захищені від дії шумів, наводок і перешкод. (малюнок 1.2 б)) Невеликі відхилення від дозволених значень ніяк не спотворюють цифровий сигнал, оскільки завжди існують зони допустимих відхилень. Саме тому цифрові сигнали допускають набагато більш складну і багатоступінчату обробку, набагато більш тривале зберігання без втрат і більш якісну передачу, ніж аналогові. До того ж поведінку цифрових пристроїв завжди можна абсолютно точно розрахувати і передбачити. Цифрові пристрої менше схильні старінню, оскільки невелика зміна їх параметрів ніяк не відбивається на їх функціонуванні. Крім того, цифрові пристрої простіше проектувати і відлагоджувати. Зрозуміло, що всі ці переваги забезпечують бурхливий розвиток цифрової електроніки.

Проте у цифрових сигналів є і великий недолік. Річ у тому, що на кожному з своїх дозволених рівнів цифровий сигнал повинен залишатися хоча б протягом якогось мінімального часового інтервалу, інакше його неможливо буде розпізнати. А аналоговий сигнал може приймати будь-яке своє значення нескінченно малий час. Можна сказати і інакше: аналоговий сигнал визначений в безперервному часі (тобто у будь-який момент часу), а цифровий - в дискретному часі (тобто тільки у виділені моменти часу). Тому максимально досяжна швидкодія аналогових пристроїв завжди принципово більша, ніж цифрових пристроїв. Аналогові пристрої можуть працювати з більш швидко змінними сигналами, ніж цифрові. Швидкість обробки і передача інформації аналоговим пристроєм завжди може бути вищою, ніж швидкість її обробки і передачі цифровим пристроєм.

Крім того, цифровий сигнал передає інформацію тільки двома рівнями і зміною одного свого рівня на іншій, а аналоговий передає інформацію ще і кожним поточним значенням свого рівня, тобто він більш ємкий з погляду передачі інформації. Тому для передачі того ж об'єму корисної інформації, який міститься в одному аналоговому сигналі, частіше за все доводиться використовувати декілька цифрових сигналів (звичайно від 4 до 16).

Також для збільшення інформативності цифрового сигналу нам приходиться підвищувати частоту сигналу, але це не можливо робити до нескінечності. Річ у тому, що зі збільшенням частоти сигналу збільшується нагрівання елементів схеми по яких він передається, а також напруга не може миттєво зростати до значення логічної одиниці, а потім падати миттєво до значення логічного нуля. На все в природі потрібен час. Нехай і досить малий. Тому при збільшенні частоти цифровий сигнал буде вироджуватися в синусоїду а потім в пряму лінію.

В природі всі сигнали аналогові, тобто для перетворення їх в цифровий сигнал і для зворотного перетворення потрібно використовувати спеціальну апаратуру: (аналого-цифрові і цифро-аналогові перетворювачі).

презинтація

до списку тем наступна тема

тестування