1.3.3. Широтно-импульсная модуляция

Рис. 1.18. Широтно-импульсная модуляция

Важным и распространенным видом модуляции является широтно-импульсная модуляция (ШИМ), при которой исходный сигнал S(t) заменяется последовательностью импульсов постоянного уровня, длительность которых пропорциональна мгновенному значению сигнала в тактируемые моменты времени t_i (рис. 1.18). В теории сигналов показано, что в спектре ШИМ сигнала присутствует спектр исходного сигнала, который можно выделить путем фильтрации. Необходимость перехода от исходного сигнала к ШИМ сигналу обусловлена тем, что импульсы постоянного уровня можно воспроизводить с очень высоким коэффициентом полезного действия, что будет показано в последующих главах.

Получить импульс, длительность которого пропорциональна мгновенному значению сигнала, можно с помощью устройства сравнения (компаратора), на опорный вход которого подан пилообразный сигнал с высокой частотой повторения (рис. 1.19).

Не останавливаясь на всех технических и математических подробностях, рассмотренных выше, а также и других разнообразных видах модуляции, отметим наиболее существенный для нас факт, что для реализации любого вида модуляции принципиально необходимы нелинейные устройства с гладкими (полиномиальными) или релейными характеристиками.

А б Рис. 1.19. Компаратор: а – схема; б – временные диаграммы при шим1.4. Фильтрация сигналов

Под фильтрацией сигналов понимается, в общем случае, создание условий для прохождения через канал связи сигналов с определенными признаками и устранение (или резкое ослабление) нежелаемых сигналов. Фильтрация может быть временная и частотная. При временной фильтрации может быть произведено прерывание с помощью электронного ключа или ослабление сигнала в течение некоторого интервала времени.

При частотной фильтрации происходит ослабление отдельных спектральных составляющих сигнала. Частотная фильтрация может быть реализована с помощью линейных пассивных элементов, сопротивление которых зависит от частоты (реактивные элементы). Это известные из курса физики и электротехники конденсаторы (элементы, обладающие электрической емкостью) и катушки индуктивности. Для ослабления сигналов очень часто совместно с реактивными элементами применяются резисторы (элементы, обладающие электрическим сопротивлением).

Конденсаторы, резисторы, катушки индуктивности являются наиболее массовыми компонентами электронной техники. Они выпускаются в огромной разновидности типов и конструктивов. Читатели, решившие стать профессионалами в области электроники, должны самостоятельно ознакомиться с характеристиками этих элементов по специальной справочной литературе.

Специальным видом фильтрации является цифровая фильтрация, осуществляемая над сигналами, представляемыми цифровыми последовательностями. Фильтрация достигается в этом случае за счет временных задержек отдельных элементов цифровой последовательности (слов) на определенное число временных дискретов с последующим суммированием задержанных слов. Эти специфичные элементы будут рассмотрены в разделах, посвященных цифровой электронике.