1. Аналоговые и цфровые сигналы

Сигналами называются физические процессы, параметры которых содержат информацию. При этом носителем информации является изменяющиеся во вемени ток или напряжение. Выделяют аналоговые и ифровые сигналы.

Аналоговый сигнал - сигнал непрерывной формы, изменяющий амплитуду, форму, фазу во времени.

С аналоговыми сигналами работает аналоговая вычислительная машина, которая в реальном масштабе времени решает системы дифференциальных уравнений, включающие интегралы, дифференциалы, задержки. В основу этих машин заложены операционные усилители (ОУ), работающие на напряжении разной полярности.

Операционный усилитель обычно выполняет функцию компаратора (элемента сравнения), который является электронной схемой, принимающей на свои входы два аналоговых сигнала и выдающей лог. 0 или лог.1, в зависимости от того, какой из сигналов больше. Работа его заключается в следующем: если на один вход подавать «+» напряжение U₁, а на другой вход - «-»напряжение U₂ и с выхода снимать выходной сигнал, то U_вых=U₁+U₂. При равенстве сигнал на входе (U₁=U₂) U_вых =0, а если U₁>U_{2 ,} то U_вых >0; если U₂> U₁ то U_вых <0.

Цифровые сигналы работают с сигналами одинаковой амплитуды, разной длительности, частоты и скважности. Амплитуда обычно постоянна и равна напряжению питания. Эти сигналы бывают с положительным напряжением (обычно это схемы с транзисторами p-n-p типов) и с отрицательным. На рис. показан цифровой сигнал, работающий на положительном напряжении

Цифровые сигналы характеризуются частотой f=(=Гц) ипериодом T=Отношение длительности импульса к периоду следования импульсов называется скважностью C=∙100%

Скважность измеряется в процентах, чем меньше эта величина, тем короче импульсы логической единицы. Обычно вычислительная цифровая техника работает с сигналами, скважность которых менее 50%. Такие сигналы называются импульсными с очень короткой длительностью.

При скважности более 50% сигналы называются потенциальными. Они так же используются для установки устройств в исходное состояние или других целей. На рис. 1.10 показан сигнал идеальной формы, который на практике нельзя получить. Фактически каждый импульс имеет трапецеидальную форму. Форма цифрового сигнал

τ₀₁- время переключения с 0 в 1 τ₁₀- время переключения с 1 в 0

Цифровой сигнал имеет передний фронт, длительность τ (время) которого определяется задержкой и обозначается ₀₁- означает переключение сигнала из состояния «0» в состояние «1». Задний фронт характеризуется временем ₁₀ , т.е. временем переключения с «1» в «0». Эти параметры определяют задержку сигнала при прохождении через какой-либо элемент. Величины этих параметров разные, задаются техническими условиями элемента. Если сигнал периодический, то имеет период Т, при этом он имеет и частоту.

U_n= +5 B; “1”=(2,4÷5.2B); “0”=(0÷ +0,4В); (0.4÷2.4В) – сигнал не определен.

Зона логической единицы чуть больше.

Из этого графика (рис. 1.10) видно, что:

1) для получения качественных преобразований сигнал должен быстро проходить неопределенное состояние;

2) при прохождении неопределенного состояния нельзя производить вычисления, т.к. можно получить неверный результат, поэтому для получения точных вычислений сигналы синхронизируют, избегая моментов переключения элементов.