Тема 1.1. «Общие сведения о сигналах и их спектральный анализ»

Занятие 1.1.1. Лекция «Общие сведения о сигналах»

Учебные вопросы:

1. Классификация сигналов.

2. Управляющие сигналы.

3. Радиосигналы.

Электрический сигнал – это ток или напряжение, в законе изменения которого во времени содержится информация. Преобразование сообщения в сигнал осуществляется с помощью операции кодирования. Кодирование может осуществляться с помощью микрофона, если передаваемое сообщение – это звуки. Ларингофон – ещё одно устройство для кодирования звуков. Передающая телевизионная трубка – если хотим передать изображение. С помощью телеграфного ключа – если сообщение зашифровано в виде символов (импульсов). Основное требование к кодирующему устройству – однозначное соответствие между сообщением и сигналом. Только в этом случае информация передаётся без искажений.

СХЕМА МИКРОФОНА В КАЧЕСТВЕ КОДЕРА!!!!!!!!

Сопротивление микрофона в этом случае изменяется по закону .

- сопротивление микрофона в исходном состоянии.

- коэффициент пропорциональности между звуковым давлением и сопротивлением.

Общее сопротивление получившейся цепи .

Ток, протекающий по этой цепи .

Напряжение в цепи .

Как видно, напряжение на нагрузке не есть прямо пропорциональная зависимость от звукового давления. Но если выбрать сопротивление нагрузки много меньше, чем , то выходной ток почти не будет зависеть от нагрузки, а в основном будет зависеть от сопротивления микрофона, т.е. от звукового давления.

Классификация сигналов.

Все сигналы можно разделить на две группы: детерминированные и случайные. Детерминированные сигналы – это такие сигналы, значение которых в любой момент времени можно предсказать с абсолютной точностью. Примеры таких сигналов: периодическая последовательность прямоугольных импульсов, у которых высота импульсов и период заранее известны.

Периодическая последовательность импульсов напряжения, форма, величина положение во времени которых известно.

Детерминированные сигналы подразделяются на периодические и непериодические.

Периодические сигналы – это такие сигналы, для которых выполняется условие

.

-период времени, через который значения сигналов повторяются.

.

Гармоническое колебание с амплитудой , - угловая частота. Если для детерминированного сигнала данное условие не выполняется, то сигнал непериодический, например одиночные импульсы различной формы.

Строго говоря, периодический детерминированный сигнал должен быть бесконечен во времени. Таких в природе не существует, поэтому периодическим считают такой, для которых условия периодичности выполняются на интервале времени .

Случайные – это сигналы, значения которых заранее неизвестны и могут быть предсказаны с вероятностью меньше 1.

Сигналы, полученные с помощью кодирования для передачи на большие расстояния без проводов с помощью электромагнитного поля непригодны. Для решения этой задачи необходимо использовать электрический сигнал высокой частоты, т.е. радиосигнал. При этом электрический сигнал, полученный в кодирующем устройстве, выступает в роли управляющего (модулирующего). Таким образом, все сигналы делятся на управляющие сигналы и радиосигналы.

Управляющие сигналы.

Управляющий сигнал (видеосигнал) – это такой электрический сигнал, который связан с передаваемым сообщением принятым способом кодирования. Основная особенность управляющих сигналов – то, что они занимают диапазон частот от 0 до 1-ц МГц.

Основные виды управляющих сигналов:

1) Телеграфный сигнал – это непериодическая последовательность импульсов напряжения или тока, разделённых сравнительно небольшими временными интервалами. Длительность импульса в таких сигналах примерно равна длительность паузы . Телеграфный сигнал – исторически первый вид электрического сигнала. С помощью телеграфного сигнала передаются дискретные сообщения – буквы, цифры, знаки. Каждому символу присвоена определённая комбинация импульсов и пауз. Длительность импульса в телеграфном сигнале – 1 мс. Кодовая комбинация состоит из элементов кода. Количество этих элементов различно. Например, код Бодо (двоичный код) – содержит два элемента – наличие импульса или его отсутствие. Код Морзе содержит 4 элемента – точка (короткий импульс), тире (длинный импульс), а так же короткую и длинную паузу.

Диапазон частот телеграфного сигнала – до единиц килогерц. Это очень узкий диапазон частот.

2) Телефонный сигнал – такой сигнал, который получается в результате преобразования звуковых колебаний в напряжение при помощи микрофона, ларингофона, звукоснимателя и других устройств. Телефонный сигнал занимает полосу частот от 10-ов Гц до 7-16 кГц. Данный сигнал используется в радиосвязи, радиовещании, в телевидении, в проводной связи.

3) Телевизионный сигнал – получается в результате преобразования светового изображения в импульсы напряжения или тока с помощью передающей телевизионной трубки.

ГРАФИК ТЕЛЕФИЗИОННЫХ ИМПУЛЬСОВ

Широкие импульсы – импульсы синхронизации по кадрам.

Короткие импульсы – строчная синхронизация.

Между ними – импульсы изображения.

Область частот, занимаемая этим сигналом – от 0 до 1-ц МГц.

4. Импульсный управляющий сигнал – последовательность импульсов напряжения или тока, разделённых паузами, значительно превышающими длительность импульса.

1 мкс.

Диапазон частот – от 0 до 10-ов и 100-ен МГц.

Используется в радиолокации, радионавигации, радиосвязи.

Радиосигналы

Радиосигнал – высокочастотное колебание, у которого один или несколько параметров изменяются по закону передаваемого сообщения. Немодулированное колебание (несущее) записывается следующим соотношением:

В зависимости от того, какой параметр изменяется, радиосигналы бывают амплитудно-модулированные (АМ), частотно-модулированные (ЧМ) и фазомодулированные (ФМ).

1) АМ сигнал – высокочастотное колебание, у которого по закону передаваемого сообщения изменяется амплитуда, т.е. .

.

ГРАФИК МОДУЛЯЦИИ ГАРМОНИЧЕСКОГО СИГНАЛА

2) ЧМ сигнал – это высокочастотный сигнал, у которого по закону передаваемого сообщения изменяется частота, т.е. .

.

ГРАФИК ЧАСТОТНОЙ МОДУЛЯЦИИ

3) ФМ сигнал – это высокочастотный сигнал, у которого по закону передаваемого сообщения изменяется фаза, т.е. .

Изобразить ФМ сигнал легче всего, когда модулирующее напряжение – импульсное.

ГРАФИК ИМПУЛЬСНО-ФАЗОВОЙ МОДУЛЯЦИИ