6.1 Типи сигналів та їх основні характеристики

У техніці сигнали поділяються на 2 основні види: аналогові та цифрові. Аналогові сигнали зустрічаються повсюди в природі і техніці. Вони можуть бути як періодичними так і неперіодичними. Основна властивість аналогових сигналів – це можливість зміни полярності, амплітуди і частоти по певному закону, або в хаотичному порядку.

Цифрові сигнали – це сигнали однакової амплітуди прямокутної форми, як правило однієї полярності, скважність (шпаровитість), і частота яких змінюються у відповідності до логіки роботи електронних схем.

Перевагами цифрових сигналів є значно простіший процес обробки в порівнянні з аналоговими, підвищена завадостійкість, простота реалізації схем.

Недолік – втрата певної частини інформації при аналого – цифровому перетворенні.

Характеристики електричних сигналів наведені на рис. 6.1 та 6.2.

Рисунок 6.1 - Характеристики аналогових сигналів

Рисунок 6.2 - Характеристики цифрових сигналів

Характеристики сигналів

Миттєве значення сигналу - це значення сигналу в заданий момент часу.

Максимальне значення сигналу X_max - найбільше миттєве значення сигналу на протязі заданого інтервалу часу. Для періодичних сигналів цей параметр називається амплітудою X_m (рис.6.2).

Мінімальне значення сигналу Х_min - найменше миттєве значення сигналу на протязі заданого інтервалу часу.

Постійна складова сигналу X₀ - середнє значення сигналу:

(6.1)

Для періодичного сигналу з періодом Т постійна складова сигналу:

(6.2)

Середнє випростане значення сигналу X_C.B - середнє значення модуля сигналу.

Для періодичних сигналів:

(6.3)

Для однополярних сигналів:

Змінна складова сигналу – це різниця між сигналом і його постійною складовою

(6.4)

- пікове відхилення - найбільше миттєве значення змінної складової сигналу на протязі заданого інтервалу часу.

- пікове відхилення - найменше миттєве значення змінної складової сигналу на протязі заданого інтервалу часу, взяте по модулю.

Розмах сигналу - різниця між максимальним і мінімальним значеннями сигналу на протязі заданого інтервалу часу:

(6.5)

Якщо даний конкретний сигнал є напругою, чи струмом, то в навединих термінах і формулах символи х і Х треба замінити відповідно на або [2].

6.2 Типи фільтрів, їх призначення та характеристики

Фільтри – це пристрої для цілеспрямованої зміни спектру сигналу.

Спектр сигналу – це функція, яка показує залежність інтенсивності різноманітних гармонік у складі сигналу від частоти цих гармонік.

Фільтрація сигналу, тобто зміна його спектру застосовується з метою збільшення відношення корисного сигналу до шумів і завад, або підсилення яких – небудь корисних властивостей сигналу [10, 12].

Класифікація фільтрів

Класифікацію фільтрів доцільно проводити за наступними 4-ма признаками [8].

Перший признак - це вид вхідного і вихідного сигналу фільтру. Якщо ці сигнали аналогові, то фільтр називається аналоговим, якщо ж сигнали представлені у цифровому коді, то фільтр називається цифровим. Можливі, також, і проміжні варіанти: аналоговоцифровий фільтр (вхід аналоговий, вихід цифровий) і цифроаналоговий (вхід цифровий, вихід аналоговий).

Другий признак – вид частотної характеристики фільтра. За цим признаком фільтри поділяються на наступні групи:

Фільтри низьких частот (ФНЧ) - пропускають тільки НЧ – складові спектра і затримують ВЧ;

Фільтри високих частот (ФВЧ) - пропускають тільки ВЧ – складові і затримують НЧ;

Фільтри смугово - пропускаючі (ФСП) – пропускають складові спектру сигналу тільки в певній вузькій смузі частот;

Фільтри смугово – загороджуючі (ФСЗ) – пропускають усі складові спектру сигналу за виключенням тих, частоти яких входять до певної смуги;

Фільтри всепропускаючі (ФВП) – пропускають всі без виключення складові сигналу, але змінюють фазові співвідношення між ними.

Гребінчасті фільтри – пропускають сигнали тільки у визначених частотних смугах.

Види частотних характеристик (ЧХ) фільтрів наведені на рис. 6.3.

а – ЧХ фільтра низьких частот,

б – ЧХ фільтра високих частот,

в – ЧХ смугопропускаючого фільтра,

г – ЧХ смугозагороджуючого фільтра,

д – ЧХ всепропускаючого фільтра,

е – ЧХ гребінчастого фільтра

Рисунок 6.3 - Види частотних характеристик фільтрів

Передавальна функція (АЧХ) фільтра зв’язує його вхідну та вихідну напруги:

(6.6)

Крім перерахованих за другим признаком груп є й інші різновиди фільтрів. Наприклад, резонансний фільтр – це ФСП з дуже вузькою смугою пропускання (рис. 6.3, в у штрихах). Фільтр – пробка на певну частоту – це ФСЗ з вузькою смугою загородження (рис. 6.3, г у штрихах). Гребінчастий фільтр – це такий фільтр, що має декілька смуг пропускання (рис. 6.3, е). У назву фільтра входить та смуга частот, яку він пропускає без затримки.

Третій признак – це вид імпульсної характеристики фільтра. Розрізняють неперервні та дискретні фільтри.

Неперервний фільтр – це фільтр, імпульсна характеристика якого є неперервною.

Дискретний фільтр – це фільтр, імпульсна характеристика якого представлена набором δ – імпульсів.

Четвертий признак – це протяжність (тривалість) імпульсної характеристики.

Якщо імпульсна характеристика обмежена в часі, то такі фільтри називаються фільтрами з кінцевою імпульсною характеристикою, або скорочено КІХ – фільтрами. Якщо імпульсна характеристика хоча і затухає з часом, але має теоретично необмежену в часі протяжність, то такий фільтр називається фільтром з безкінечною імпульсною характеристикою (БІХ - фільтр). Характеристики КІХ та БІХ – фільтрів наведені на рис. 6.4.