Материал: Физические основы и схемотехника электронных устройств автоматики. Гиоргадзе А.L., Кириллов Ю.В
появится 2∆U и т.д. Потенциалы, соответствующие единицам, открывают ключи, через которые на выход поступают напряжения, пропорциональные весам единиц разрядов. Так, например, если на входе присутствует код 10101, то напряжение на выходе ЦАП равно
1∙(16∆U)+0∙(8∆U)+1 (4∆U)+0∙(2∆U)+1∙∆U=21∆U
2.1.6. Информационная емкость электрических сигналов
Сегодняшнюю жизнь невозможно представить без широко разветвленных систем передачи информации. Как известно, радиосвязь осуществляется излучением в пространство и последующим приемом радиочастотной электромагнитной энергии.
Радиочастотный сигнал, как правило, информации не содержит. Для передачи полезной информации его модулируют - изменяют амплитуду, частоту или фазу в соответствии с электрическим эквивалентом сигналов первичной информации - речи, музыки, изображения, показаний датчиков системы телеизмерений и др.
Импульсная последовательность становится сигналом, когда в соответствии с передаваемой информацией изменяются ее параметры: амплитуда импульсов, их длительность или фаза. В частном случае информация может выражаться появлением импульса, изменением его длительности или временного положения относительно опорного импульса.
Различают амплитудно-импульсную (АИМ), широтноимпульсную (ШИМ), фазоимпульсную (ФИМ) и импульснокодовую (ИКМ) модуляции. При каждом виде модуляции один из параметров импульсной последовательности принимает значение, пропорциональное величине непрерывного модулирующего сигнала в момент присутствия импульса.
Способ амплитудной модуляции заключается в том, что в соответствии с модулирующим сигналом изменяется амплитуда радиочастотного сигнала. Это изменение определяется коэффициентом модуляции
m=(Umax-Umin)/(Umax-Umin)∙100%, где
Umax и Umin – максимальная и минимальная амплитуды радиочастотного сигнала. На рис 2.17а, б показаны модулирующий UM и амплитудно-модулированный сигналы UАМ.
123
Рис. 2.17
Модуляция может производиться синусоидальным и сложным сигналами, при этом полоса пропускания соответственно становится шире. В чистом виде амплитудная модуляция не применяется, так как при передаче сигнала занимается слишком широкая полоса частот и бесполезно излучается часть мощности не несущая информации.
Поскольку частота сигнала является самым устойчивым его параметром, наиболее распространена частотная модуляция. При частотной модуляции в соответствии с модулирующим сигналом изменяется частота сигнала, а его амплитуда остается постоянной. Отношение девиации ∆f (отклонение от среднего значения) частоты сигнала к частоте F модулирующего сигнала называют индексом частотной модуляции M=∆f/F.
Модулирующий UМ и частотно-модулированный UЧМ сигналы показаны на рис. 2.18 а, б.
124
Рис. 2.18
При частотной модуляции обязательно изменяется фаза сигнала, а при фазовой наряду с изменением фазы сигнала в соответствии с модулирующим сигналом, изменяется и его частота. Фазовая модуляция в системах передачи аналоговой информации не применяется, так как на фазу сигнала влияет значительно больше факторов и, в частности, для выделения в приемнике сигнала информации с минимальными искажениями необходимо точно знать начальную фазу сообщения.
При импульсной модуляции в соответствии с модулирующим сигналом информации (рис. 2.19а) изменяется один из параметров импульсной последовательности: амплитуда, частота следования импульсов или их длительность.
При амплитудно-импульсной модуляции (АИМ) сигнал информации UМ управляет амплитудой радиоимпульсов (рис. 2.19б). Этот вид модуляции не нашел широкого применения из-за низкой помехоустойчивости аппаратуры.
При широтно-импульсной модуляции (ШИМ) сигнал UМ управляет длительностью импульсов, а их частота и амплитуда постоянны (рис. 2.19в).
При фазоимпульсной модуляции (ФИМ) сигнал UМ управляет задержкой постоянного по длительности и амплитуде радиоимпульса относительно его положения при UM=0 (рис.2.19г).
Фазо- и широтно-импульсные виды модуляции широко распространены, т.к. помехоустойчивость аппаратуры высокая.
125
(д)
Рис. 2.19
В системе импульсно-кодовой модуляции (ИКМ) (рис. 2.19д) уровень каждого импульса или отсчета (выборки) аналогового сигнала представляется набором импульсов постоянной амплитуды и частоты, соответствующим двоичному коду.
Порядок расположения импульсов в этом наборе, то есть наличие или отсутствие импульсов в соответствующих местах, характеризует уровень исходного импульса (отсчета).
126
На передающей стороне для преобразования каждого уровня сигнала в серию импульсов используется блок кодирования. Полученные наборы импульсов передаются один за другим по линии связи. На приемной стороне для преобразования закодированных уровней в исходную информацию используется устройство декодирования.
ИКМ имеет сравнительно низкую чувствительность к искажениям и шумам на линиях связи. Другое ее преимущество состоит в том, что ИКМ основана на той же системе кодирования, которая используется при передаче данных в компьютерных системах, поэтому в обоих случаях можно использовать одно и то же оборудование для кодирования, декодирования, усиления и передачи сигналов.
2.1.7. Основные параметры сигнала информации
Информация есть совокупность сведений о событиях, явлениях, предметах. Совокупность символов, содержащих ту или иную информацию, называют сообщением. С помощью символов информацию представляют в различных видах, например, в форме электрических сигналов и многими другими способами. Физический процесс, отображающий сообщение, называют сигналом.
Сигналы, представленные в электрической форме, характеризуются определѐнными параметрами.
Общая формула для подсчѐта количества информации, содержащегося в сообщении (а), выглядит так i(a)=log(l/P(a)), где Р(а)-вероятность появления данного (дискретного) сообщения (а).
К параметрам сигнала относится длительность Тс, определяющая время, нужное для его передачи. Другой параметр, динамический диапазон Дс, равен отношению наибольшей мгновенной мощности сигнала Рмакс к наименьшей мощности, которую необходимо регистрировать при заданном качестве передачи Рмин (измеряется он обычно в децибелах):
Дс=10lg(Рмакс/Рмин).
Динамический диапазон спокойной человеческой речи составляет 30-35дБ, а симфонического оркестра – 70-80дБ.
Третьим параметром сигнала является ширина его спектра. Звуковой спектр лежит в пределах 16-2000Гц. Но передавать весь
127