ВСТУП В ЕЛЕКТРОНІКУ ЕЛЕКТРОННИЙ СИГНАЛ

A 2 ЕЛЕКТРОННИЙ СИГНАЛ

. A2.1 Визначення. А2.2 Подання сигналу. A2.3 Аналог. . А2.4. та цифровий. A2.5 Спектр і пропускна здатність. A2.6 Шум. A2.7 Фільтрування. А2.8 Переходи

Загальне і теоретичне визначення електронного сигналу, яке ми можемо прийняти, таке: Сигнал - це фізичне представлення інформації, яка проходить через систему від джерела до одержувача. [1]

Інформація, що міститься в сигналі, часто є репрезентативною для іншого фізичного явища або результату розрахунків (або вимірювань). Як правило, сигнал постійно змінюється, оскільки інформація рухається або зазнає повільних або швидких змін чи порушень.

Коли електронна система вимагає автоматизації, сигнал може постійно "плавати", оскільки його значення є результатом балансу між виміряною величиною та фіксованою величиною.

Для спеціаліста з технічного обслуговування електронний сигнал або електричний сигнал, який складає те саме, можна легко виміряти завдяки таким вимірювальним приладам, як вольтметри та осцилографи для найпоширеніших, іноді вектороскопів або спектральних аналізаторів.

А2.2 Подання сигналу

Інтерпретація вимірювання сигналу часто є єдиним засобом, доступним техніку для розуміння роботи схеми, пристрою, машини або іншого. Незважаючи на те, що екранний екран стає все більш важливим для багатьох програм.

Це змушує техніка з технічного обслуговування говорити про електронний сигнал, думаючи про іншу величину або інше фізичне явище. Але коли справа доходить до вирішення або обговорення з іншою людиною вирішених проблем (або проблем), що виникають, сигнал представлений головним чином двовимірною графікою. Мова йде про подання сигналу.

Тимчасове представництво

Спектральне уявлення

Векторне подання

Обертові вектори

Це подання дозволяє візуалізувати:

Форма, амплітуда та період сигналу.

Це подання дозволяє візуалізувати:

Різні частоти, що містяться в сигналі.

Це подання дозволяє візуалізувати:

Фаза та амплітуда сигналу.

A2.3 Аналог. (або аналого-ізм.)

Ми говоримо про аналоговий сигнал, коли інформація, що виробляється джерелом, має варіацію або безперервний діапазон відтінків. Це може приймати нескінченність різних значень [1] у заданому діапазоні і передається безперервно по осі часу.

Якщо джерело змінює сигнал синусоїдально, його векторне представлення, звичайно, є синусоїдальним, але слід мати на увазі, що це також означає, що воно постійно працює на осі часу; під час вимірювання сигнал весь час змінюється, він є "прямим", що означає, що це послідовність миттєвих значень.

Прикладами є коливання звукового тиску через голос чи музичний інструмент. [1] Однак більшість звукових тіл та музичних інструментів, зокрема, видають звуки, вібрація яких не синусоїдальна, а складна за формою. Мова йде про складний сигнал.

Сигнал, показаний нижче, подається від звуку людського голосу, підхопленого мікрофоном. Це візуалізація першого складу (ô) слова моль.

А2.4. і цифровий (або. і цифровий)

Ми говоримо про цифровий сигнал, або цифровий, коли інформація, що виробляється джерелом, представлена звичайною системою різних знаків, таких як букви, цифри, графічні символи тощо.

Кожна інформація може бути представлена числом; просто швидко вирівняйте цифри одна за одною, щоб знайти зображення вихідної інформації.

На відміну від прикладу кодифікації, 7-бітний код ISO, що використовується для передачі даних або замовлень в комп'ютерних системах.

Цей код ідентичний, з кількома деталями, коду ASCII (Американський стандартний код для обміну інформацією).

Сигнали, що несуть цифрову інформацію, називаються цифровими або цифровими сигналами. Або електричні величини, зафіксовані заздалегідь і обмежені дуже незначними значеннями (наприклад, 0 В і 5 В).

Аналоговий сигнал може бути перетворений в цифровий сигнал, виконуючи операцію квантування ряду миттєвих значень.

Теоретично можна відновити сукупність аналогового сигналу, маючи достатньо миттєвих значень або досить близько один до одного, звані вибірками. Для цього частота дискретизації повинна бути більше, ніж подвоєна максимальна частота сигналу, що підлягає перетворенню.

Сучасні засоби обробки сигналів сприяють розвитку цифрових методів, зокрема завдяки мінімальним втратам вихідної інформації, незважаючи на великий спектр додаткового кодування.

Крім того, цифровий сигнал, як правило, є двійковим і може передаватися послідовно, що дозволяє його "змішувати" з іншою інформацією, такою як виправлення помилок тощо. Насправді поняття "в прямому ефірі" для одержувача більше не існує стосовно джерела, що означає, що система подвійного перетворення A -> N і N -> A вимагає запам'ятовування інформації (буферна пам'ять).

Якщо в рамках цифрової обробки ми можемо визнати, що корисний сигнал практично не зазнає спотворень або втрати інформації, з іншого боку, слід знати, що будь-яка система подвійного перетворення A-N, а потім N-A не може бути здійснена без будь-яких втрат.

Майже всі джерела інформації, які є аналоговими, зараз ми маємо два типи неминучих втрат, а саме втрати, спричинені датчиками або перетворювачами, а також втрати, спричинені перетворювачами A-D та D-A.

A2.5 Спектр і пропускна здатність

У системах, що використовують електричну енергію, струми або напруги найчастіше є постійними (постійними) або синусоїдальними при постійній частоті (наприклад, 50 Гц).

Форма сигналів, що несуть інформацію, набагато складніша. Беручи до уваги часто непередбачуваний характер інформації, зокрема через порушення, реальні сигнали насправді практично випадкові.

На сторінці "Вступ до акустики/акустичного сигналу" на сайті показано, що так званий комплексний сигнал є результатом кінцевої або нескінченної суми синусоїдальних компонентів різних частот. Це тембр звуку, тому його частотний склад.

На відміну від прикладу голосної, що вимовляється перед мікрофоном, показано сигнал, що складається із синусоїдальних частот від 100 Гц до 800 Гц приблизно.

Таким чином, енергія сигналу розподіляється по певному діапазону корисних частот. Це зображення - спектр сигналу, абсолютно аналогічний спектру світла, що аналізується призмою, яка виявляє різні кольори.

Важливою характеристикою сигналу є його пропускна здатність або пропускна здатність (іноді нормалізована пропускна здатність). Це основна частотна область, яку займає спектр, або, для фахівця, це частотний вміст сигналу.

Графік навпроти подає приклад АЧХ аудіосистеми.

Корисний діапазон або нормалізована смуга пропускання (виділена сірим кольором) - це діапазон частот, що міститься в максимальному затуханні +/- 3dB навколо посилення, прийнятого в якості еталону (тут на рівні 1 кГц) для розрахунку.

Ослаблення +/- 3dB відповідає значенню половини потужності або 0,707x напруги порівняно з еталонним підсиленням. Пояснення щодо розрахунків див. У "Акустичний діапазон/децибели".

Загалом, чим більше система працює з високими частотами, тим більше проблем становлять вимірювання, реалізація схем або зв'язок між каскадами або пристроями. Потрібно, щоб технік "думав про високі частоти" під час будь-яких маніпуляцій, оскільки дуже швидкі вібраційні рухи сигналу піддаються втратам, які були незначними на "низьких частотах".

Можна сказати, що шум в електроніці являє собою будь-який тривожний сигнал, який не виникає із вхідного сигналу системи або не пов'язаний з ним.

Шум накладається на корисний сигнал; чим голосніше шум, тим менше інформації. Шум відеосигналу на телевізорі створює невеликі чорно-білі плями на зображенні; сильний шум може затемнити зображення. Шум від радіоприймачів викликає плювання або шипіння, що може заглушити звук.

Шум не залежить від корисного сигналу, оскільки існує навіть за відсутності сигналу. Будь-який електронний пристрій видає шум, від опору до спеченого вуглецю, який виробляє найбільше до польового транзистора, який виробляє дуже мало, і не завжди легко усунути весь створюваний шум.

Максимальний рівень шуму, який створює система, стає мінімальною інформацією, яку можна використовувати. Рівень шуму відповідає мінімальному сигналу. Як і будь-яка система з максимальною межею сигналу (зазвичай безпосередньо перед спотворенням сигналу, що передається), ми отримуємо важливу характеристику, яка є відношенням сигнал/шум сигнал/шум або співвідношенням сигнал/шум сигнал/шум.

Цей коефіцієнт найчастіше подається в децибелах, що вимагає обчислення з десятковими логарифмами.

Динаміка сигналу = Відношення сигнал/шум ==> S/B = 20 log (U SMAX/U SMIN)

Електромагнітний шум виробляється головним чином іскрами від електродвигунів, блискавками від гроз, неоновими вивісками тощо. Це можна зменшити за допомогою екрануючих кабелів або схем або електронних пристроїв, таких як схеми з конденсаторами або варисторами VDR.

Пульсаційний шум, що виробляється джерелами живлення, які перетворюють змінну напругу в постійну напругу, насправді є шумом, оскільки він не залежить від корисного сигналу і накладається на нього. Його легко можна зменшити до мізерно незначних величин завдяки таким електронним схемам, як стабілізатор, регулятор стабілізатора та ін.

Тепловий шум обумовлений випадковим рухом і в різних напрямках валентних електронів, від одного атома до іншого, що містить електричний матеріал. Це зміщення має початком температуру і її наслідком є перемішування атомів між ними.

Теплова енергія перетворюється на електричну у вигляді випадкових рухів електронів. Чим вище температура навколишнього середовища, тим активнішими є електрони. Тому протистояти цьому тепловому шуму дуже важко. Якість використовуваних матеріалів та систем охолодження є прикладами обмеження впливу теплового шуму, але не його усунення.

Витіснення мільярдів електронів породжує повний хаос. У певний час більше електронів рухається вниз, а невелика негативна напруга шуму з’являється вниз. В інший час все навпаки.

Напруга шуму має середньоквадратичне значення. Піки шуму часто в чотири рази перевищують середньоквадратичне значення. Він містить багато різних частот і рівномірно розподілений по всьому діапазону практичних частот, саме тому ми чуємо про шум, що містить синусоїди на всіх частотах.

A2.7 Фільтрування

Фільтрування - це операція, яка полягає у розділенні (або модифікації) компонентів сигналу відповідно до їх частот. Електричні ланцюги, що виконують цю операцію, називаються просто фільтрами за аналогією з проникними пристроями, що використовуються для очищення рідини від твердих частинок, що знаходяться в них. [1]

Електрична схема фільтра має дві вхідні та дві вихідні клеми. Найпростішою електричною величиною для вимірювання є миттєве значення електричної напруги за допомогою осцилографа та середньоквадратичне значення сигналу за допомогою вольтметра змінного струму.

Як правило, фільтр не змінює форму сигналу, що проходить через нього, але відбирає частину частотного вмісту сигналу. Мова йде про високочастотні, низькочастотні, смугові або виїмні фільтри залежно від відсортованих діапазонів частот.

Однак фільтри часто викликають фазовий зсув, ранній чи пізній, між вхідним та вихідним сигналами. Залежно від розташування фільтра в системі, ця особливість може бути шкідливою або небажаною, що змушує дизайнерів схем це враховувати.

Пасивні фільтри побудовані з використанням електронних компонентів, таких як резистори, конденсатори та індуктори. [1] Нижче наведено приклад фільтра низьких частот, що складається з конденсатора та індуктивності, заряджених резистором. Показана його частотна характеристика.

Активні фільтри виготовляються з використанням тих самих пасивних компонентів, з додаванням активних компонентів, таких як транзистор, операційний підсилювач, інтегральна схема тощо. Визначення активного компонента, яке ми можемо прийняти, таке: Активний компонент - це пристрій, що дає можливість діяти на електричну напругу (або струм), що подається джерелом, за допомогою керуючого сигналу. [1]

Цифрові фільтри (або цифрові), звичайно, виконують функцію фільтрації за допомогою цифрової обробки, яка передбачає велику кількість математичних операцій. Ми можемо розглядати їх як справжні спеціалізовані електронні калькулятори.

А2.8 Переходи

Ми говоримо про перехід, коли використання або функціонування електронної системи зазнає раптових або повільних змін. У розширенні ми говоримо про перехідні явища, про перехідні ситуації або про перехідні режими.

Наприклад, увімкнення або вимкнення електронного пристрою представляє перехідні ситуації, що призводять до початкових струмів, які іноді дуже високі, або напруг, що зберігаються під час роботи.

Для опису електронних схем ми говоримо про режим пуску або спрацьовування, про режим імпульсного пуску або навіть про режим стрибка блоку.

З іншого боку, корисний сигнал, який проходить через ланцюг, призводить до розмови про постійний режим. Це те, що робить технік, виконуючи вимірювання за допомогою синусоїдальних генераторів та осцилографів.

Проаналізована електронна система подає енергію до навантаження, яке вона сама споживає в електромережі. Якщо навантаження велике і задіяні великі потужності, напруги, індуковані в силових ланцюгах, можуть стати дуже великими.

Сигнал, який проходить, також може бути безперервним або розривним. Це може бути аналоговий або цифровий сигнал, серія імпульсів або навіть пряма або змінна напруга.

Незалежно від того, як надходить вхідний сигнал, система може, в свою чергу, подавати безперервний або імпульсний сигнал на навантаження.

Це змушує нас розглянути електронну систему з трьома типами сигналів, які легко застосовуються завдяки генераторам і легко вимірюються за допомогою засобів, доступних в лабораторії або "in situ".

Ці три типи сигналів представляють три основні режими, тобто стійкий стан із синусоїдальним сигналом, імпульсний режим із квадратним сигналом та перехідний режим із сигналом, який називається одиничним стрибком.