Нестационарные процессы в электрических цепях
1. Основы теории сигналов
В радиотехнике, радиолокации, электрической связи, в системах и сетях передачи информации, автоматическом управлении и других областях техники основными проблемами являются получение, передача и обработка информации.
Термин «сигнал» часто встречается не только в областях науки и техники, но и в повседневной жизни. Не задумываясь о строгости, мы иногда отождествляем такие понятия, как сигнал, сообщение, информация. Занимаясь систематическим изучением теории электрических цепей (ТЭЦ), необходимо уточнить содержательный смысл понятия «сигнал».
Сигналом называется процесс изменения во времени физического состояния какого-либо объекта, служащий для отображения, регистрации и передачи сообщений.
Электрический сигнал – это изменяющееся во времени физическая величина (ток, ЭДС, напряжение, напряженность электрического или магнитного полей и т.д.), способная распространяться по проводам или в пространстве, в законе изменения которой содержится сообщение или информация.
1.1 Сигналы и формы их представления
В связи с тем, что понятие «информация» наряду с материей и энергией принадлежит к фундаментальным философским категориям естествознания, то в курсе ТЭЦ не рассматривается вопрос о ценности информации, заключенного в нем сообщения и, в конечном счете, в сигнале.
В процессе преобразования сообщения в электрический сигнал имеет место модуляция, т. е. управление параметрами некоторой электрической величины, называемой в дальнейшем модулирующей функцией. В результате модуляции соответствующий параметр становится функцией времени, а несущая функция превращается в сигнал. На рисунке 1.1 показан процесс формирования сигнала в модуляторе.
Рис. 1.1
Приняты следующие обозначения:
V (t) – несущий процесс, U (t) – модулирующая функция, u (t) – сигнал.
Классификация сигналов
В радиотехнике используют большое число различных сигналов. Для выявления общих свойств сигналов их классифицируют по ряду признаков.
По возможности предсказания мгновенных значений сигналов в любые моменты времени различают случайные и детерминированные сигналы.
Случайный сигнал представляет собой функцию времени, значения которой заранее неизвестны и могут быть предсказаны с вероятностью меньше единицы.
Детерминированный сигнал представляет собой функцию времени, все значения которой заранее известны или могут быть предсказаны с вероятностью равной единице.
В дальнейшем мы будем вести рассмотрение детерминированных сигналов и их прохождение через электрические цепи.
По величине интервала времени, в котором существуют отличные от нуля значения сигналов, различают непрерывные и импульсные сигналы.
По повторяемости мгновенных значений различают периодические и непериодические сигналы. Для периодических сигналов выполняется условие:
,
где
-
период,
-
любое целое число.
К непериодическим сигналам относят одиночные и групповые (пачечные) сигналы.
В зависимости от выбора несущего процесса различают видеосигналы и радиосигналы.
Видеосигналы – это такие сигналы, у которых несущими процессами являются постоянные токи и напряжения.
Радиосигналы – это такие сигналы, у которых несущими процессами являются гармонические колебания и электромагнитные волны.
Кроме постоянных или синусоидальных токов и напряжений в качестве несущих процессов могут использоваться последовательности видеоимпульсов и радиоимпульсов.
Сигналы с такими несущими процессами являются импульсно-модулированными сигналами.
В зависимости от того, какой параметр несущего электромагнитного процесса подвергается модуляции, различают:
амплитудно-модулированные радиосигналы (АМ);
частотно-модулированные радиосигналы (ЧМ);
фазомодулированные радиосигналы (ФМ);
сигналы с модуляцией длительности импульсов;
сигналы с модуляцией частоты следования импульсов;
сигналы с модулированной модуляцией.