Рис. 10.17. Вид импульсов несущей частоты для маломощных излучателей

Время, когда через светодиод протекает ток, уменьшают, а время, когда светодиод выключен, пропорционально увеличивают. Дело в том, что все светодиоды позволяют существенно увеличить рабочий ток при условии, что это короткий импульс, за которым следует долгая пауза. В итоге вспышки «света» становятся гораздо ярче, что и фиксируется фотоприемником, установленным в управляемом приборе.

И еще одно. Если вместо ИК управления использовать радиоуправление на разрешенных для этого частотах, то можно, исключая несущую частоту, которая должна быть синусоидальной, использовать последовательность информационных импульсов такую же, как и в пульте ИК управления.

Вообще, принцип модуляции используется гораздо чаще, чем это можно предположить. Не только традиционные области радиовещания, но и средства коммуникации, измерения и автоматика активно используют его. Компьютерные телефонные модемы, еще не полностью вытесненные другими видами подключения к глобальным компьютерным сетям, в своем названии, образованном от слов «модуляция-демодуляция», увековечивают использование этого принципа. Очень часто для наблюдения за медленно меняющимися процессами, чтобы не быть голословным, приведу пример температуры, для наблюдения за ней часто используется датчик в виде термочувствительного сопротивления. Напряжение на этом сопротивлении меняется медленно и может и само быть небольшим, а, главное, изменяться незначительно. На практике можно использовать усилитель постоянного тока для наблюдения за этим напряжением. Но усилители постоянного тока оказываются очень чувствительны к колебаниям окружающей среды, вносящей изменения в выходные параметры, да сами такие усилители склонны к произвольным, хотя и незначительным, изменениям своих параметров. Чтобы избежать влияния этих эффектов на результат работы устройства применяют модуляцию постоянного тока (или напряжения), превращающую сигнал постоянного тока в переменный, который можно усиливать, используя усилители переменного тока (или напряжения), параметры которых гораздо легче стабилизировать. А то, что информационная функция перестала быть, например, звуком, став почти постоянным напряжением, то с точки зрения общего подхода мы и не оговаривали вид модулирующей функции.

Другие преобразования напряжений

Закончив предыдущее рассмотрение преобразованием постоянного (или почти постоянного) напряжения в переменное, мы коснулись еще одного очень интересного вопроса, связанного с сигналами. Тесно соприкасаясь с компьютерной техникой, с новыми коммуникационными и информационными технологиями, эта тема может быть названа «Оцифровывание». С развитием цифровых компьютеров появилась возможность и необходимость в оцифровывании таких ранее абсолютно аналоговых (непрерывных) сущностей, как звук и изображение.

Рассмотрим это на примере звука. Сегодня есть цифровая запись. Есть цифровые музыкальные диски. Есть цифровая передача звука по проводам и радиоканалу. Есть обработка цифрового звука на компьютере. Что же представляет собой оцифровка звука?

Конечный результат этого процесса мы как-то можем представить – некоторый набор чисел, сопоставленный звуку. Понятно, что компьютер, предназначенный для обработки чисел, может эти числа обрабатывать (складывать, вычитать и т.д.), но какое это имеет отношение к звуку как таковому?

Мы уже готовы к тому, чтобы под звуком понимать преобразованное в напряжение, скажем с помощью микрофона, звуковое давление, меняющееся по некоторому, может быть, очень сложному закону. Не будем слишком усложнять себе жизнь и примем, что нам безразличен вид функции этого напряжения. Мы возьмем простой – синусоиду, тем паче, что знаем, любой сложный сигнал мы можем представить как совокупность синусоидальных сигналов. Итак, мы незаметно для себя осуществили первое преобразование, превратив звук (тихий свист) в переменное напряжение. Обратимся к новому преобразованию.

Основа этого преобразования состоит в том, что при передаче сигнала вовсе не обязательно передавать весь сигнал, достаточно передавать его отдельные (дискретные) значения, производимые периодически. То есть, сигнал превращается в ряд значений амплитуды сигнала, по которым мы в любой момент сможем восстановить вид сигнала. То, сколько значений требуется для полного восстановления сигнала, определяется математическими методами. Не буду, как обычно, задерживать вас с математикой, при всем моем к ней уважении и любви, сошлюсь только на «Теорему отсчетов», которая в конечном счете гласит, что частота, с которой следует измерять амплитуду сигнала, должна вдвое превышать максимальную частоту сигнала. Иными словами, если мы хотим получить качественное воспроизведение музыки в полосе звуковых частот 40 Гц — 15 кГц, то мы должны с частотой 30 кГц измерять амплитуду звука при исполнении музыкального произведения. Точнее измерять амплитуду сложного переменного напряжения, в которое превращается звук.

Для нашего испытания синусоиды, теперь забудем, что это звук, а рассмотрим процесс, используя синусоиду в качестве примера, для преобразования синусоиды разобьем ось времени (ось «x») на равные интервалы, через которые и будем определять величину амплитуды.

Рис. 10.18. Принцип дискретизации звука

Как смог, я нарисовал через равные промежутки времени 100 мкС амплитуды. Если горизонтальные лини, которые я пририсовал к диаграмме, мы примем за возможности нашего измерителя амплитуд (то, что линия разделяет вертикальную ось не в середине промежутка между 0 и 1, заслуга только моя, считайте, что это середина), то мы можем выразить эти амплитуды через числа. Первая амплитуда равна нулю – начальная точка

отсчета. Вторая амплитуда равна одной единице (половина единицы напряжения). Третья двум и т.д. Для амплитуд второй полу-волны значения будут отрицательными. Мы можем даже выразить последовательность этих числе в двоичной форме: 0, 01, 10, 10, 01 и т.д.

Вот такую работу осуществляет электронная микросхема, которая называется аналогоцифровой преобразователь или АЦП. Мы подаем на преобразователь тактовые импульсы, периодичность которых определяется теоремой отсчетов, преобразователь производит отсчеты в заданные моменты времени, а в перерывах между этими отсчетами может передать нам полученные значения в двоичном, например, виде. Многие современные микросхемы АЦП имеют в своем составе и некоторое количество памяти, где могут запоминать результаты, и средства передачи результатов измерений на значительные расстояния. Разрядность АЦП (количество выходных бит) определяет точность, с которой могут быть измерены амплитуды.

Имея в своем распоряжении значения амплитуд, зная периодичность отсчетов, мы можем восстановить вид сигнала. Соедините вертикальные линии на предыдущем рисунке хотя бы отрезками прямых линий и вы получите вполне правдоподобный вид синусоиды. Конечно, если вы попробуете восстановить этот вид по тем данным, которые я смог воспроизвести, напомню: 0, 01, 10 и т.д., – вы получите очень приблизительный вид функции.

Рис. 10.19. Вид восстановленной функции синуса

Думаю, вы сообразили, что этот «прекрасный» рисунок, плод моих стараний, ни что иное, как ступенчатая функция, о которой мы уже говорили. Работу, которую я только что проделал, с гораздо большим успехом выполняет другой преобразователь, который называется цифро-аналоговый преобразователь или ЦАП. Получая числа от АЦП он строит результат, соединяя прямыми полученные значения амплитуд.

Если сетку диаграммы выше сделать гораздо мельче, что потребует большего количества измерений, то результат получится гораздо лучше. Чем выше разрешающая способность подобного построения, тем труднее обнаружить «подлог», труднее решить, с чем мы имеем дело — с реальным непрерывным процессом, или его числовым представлением.

Ярким примером, насколько это «обстоит именно так» может служить ваш монитор, если вы работаете за компьютером. Его разрешающая способность определяется величиной точки на мониторе, которую он может передать. Все эти точки с их параметрами запоминаются в видео-памяти. Это, в сущности, цифровая память ничем не отличающаяся от оперативной памяти компьютера, и сегодня объем видео-памяти такой, что превосходит оперативную память компьютеров двадцатилетней давности, которые и тогда проделывали очень много полезного, тогда как вы можете даже не заметить всей прелести воспроизводимых на мониторе изображений.

Запоминающий цифровой осциллограф, пусть это будет приставка к компьютеру,

содержит в своем составе аналого-цифровой преобразователь. Последний измеряет тестируемый сигнал, передает полученные значения в компьютер, а программа, обслуживающая осциллограф, воссоздает вид сигнала подобно цифро-аналоговому преобразователю. Частота, с которой может работать встроенная в такой осциллограф микросхема АЦП, определит верхнюю граничную частоту наблюдаемых сигналов.

Кроме осциллографа метод «оцифровывания» давно используется для записи изображения, скажем в фотоаппарате. Используется в телефонии и вещании, и мало-помалу вытесняет аналоговые способы хранения и передачи информации.

К работе преобразователей, я думаю мы вернемся позже, может быть, после рассмотрения работы цифровых процессов и микроконтроллеров, а сейчас, немного расширив свои знания о сигналах, вернемся ненадолго к усилителям.