.
Меню сайта
|
В МИРЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ. Как "изготовляют" электрические сигналыВ МИРЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ. Как "изготовляют" электрические сигналыРадиоэлектронные аппараты — это своего рода фабрики по переработке электрических сигналов. Прежде чем знакомиться с этими фабриками, с их работой и оборудованием, полезно узнать, какую «продукцию» они выпускают, что представляют собой сигналы, которые получаются после переработки. Об этом может рассказать график — своеобразный рабочий чертеж электрического сигнала. На графике сигнал изображают как бы развернутым во времени, т. е. показывают, как меняется с течением времени электрический ток или напряжение. Как «изготовляют» электрические сигналыНекоторые виды сигналов получают с помощью постоянного тока. Его можно встретить во многих контрольных приборах, например в обычном фотоэкспонометре. Здесь полупроводниковый фотоэлемент под действием света вырабатывает постоянный электрический ток, а он в свою очередь отклоняет стрелку прибора. Чем сильнее свет, тем больше ток, тем дальше отклоняется стрелка. Если растянуть электрическую цепь экспонометра на большое расстояние, то он даст нам простейшую модель линии связи. Сам фотоэлемент будет играть роль передатчика, измерительный прибор роль приемника, а по соединительным проводам пойдет электрический сигнал — постоянный ток. Слово постоянный нам следовало бы взять в кавычки. Действительно, для передачи сигнала постоянным током необходимо, чтобы у этого тока было несколько различных значений. Какой же он постоянный? Если ток, не изменяя направления, сравнительно быстро меняет величину, то это пульсирующий ток. В таком сигнале важны все промежуточные значения — важно, как он меняется, например насколько резко нарастает или падает. Весьма распространенный тип сигналов — электрические импульсы, «толчки» тока. Импульсные сигналы позволяют применять много различных способов записи информации. Можно, например, менять высоту импульсов, их длительность, время появления, а также использовать всевозможные комбинации различных импульсов. Последний способ применяется в телеграфии при передаче знаков в виде коротких и длинных импульсов — «точек» и «тире». Электрические импульсы — основной вид сигналов, которые перерабатываются в вычислительных машинах и электронных автоматах.
При передаче импульсных сигналов по линии связи появляется возможность ее «уплотнения» или, проще говоря, возможность использования одной линии для нескольких каналов связи. В такой многоканальной системе на передающей и на приемной стороне устанавливают быстродействующие коммутаторы, которые поочередно подключают соединительные провода то к одной паре передатчик — приемник, то к другой. Длительность импульсов и пауз между ними выбирают с таким расчетом, чтобы во время паузы в одном из каналов коммутатор успел подключить к линии остальные. Подобный метод называется временным разделением каналов, т.е. разделением по времени. Он широко применяется в системах многоканального телеграфа, а также в системах телеметрии и телеуправления. Особое место занимают электрические сигналы, «изготовленные» из переменного тока, у которого, как известно, меняется не только величина, но и направление. С переменным током и переменным напряжением можно производить ряд исключительно важных преобразований, например повышать или понижать с помощью трансформаторов. Только переменный ток создает электромагнитные волны, которые переносят электрические сигналы на большие расстояния без соединительных проводов. Используя переменный ток, можно сравнительно просто уплотнять линии связи.
Основные характеристики переменного тока — это его амплитуда — наибольшая величина, а также период — время, в течение которого происходит полный цикл изменений тока. Вместо периода почти всегда применяется производная величина — частота, т. е. число периодов за единицу времени. Единица частоты 1 герц (сокращенно гц) соответствует одному периоду за одну секунду. Более крупные единицы — килогерц (1 кгц=1000 гц) и мегагерц (1 Мгц=1000 кгц=1 000 000 гц). В радиоэлектронной аппаратуре используют переменные токи низкой частоты (НЧ) — от нескольких герц до 20 килогерц и токи высокой частоты (ВЧ) — от десятков килогерц до многих тысяч мегагерц. Часто выделяют еще и сверхвысокочастотные (СВЧ) — от нескольких тысяч мегагерц и выше. Переменный ток, так же как и пульсирующий, позволяет формировать самые различные сигналы. Для записи информации можно осуществлять амплитудную модуляцию (AM) либо частотную модуляцию (ЧМ), т.е. менять амплитуду переменного тока либо его частоту. Чтобы получить модулированный сигнал, нужно иметь два переменных тока. Один из них — модулирующий ток — это обычный электрический сигнал сравнительно низкой частоты, в изменениях которого «записана» та или иная информация. Второй высокочастотный ток — сам никакой информации не содержит, его задача лишь пройти по линии связи и «перенести» по ней модулирующий ток, точно передать все его изменения. Высокочастотный ток поэтому и называют током несущей частоты. Оба тока — низкочастотный и высокочастотный — направляют в общий электронный блок, где осуществляется модуляция. Из этого блока выходит модулированный сигнал — высокочастотный ток, амплитуда (или частота) которого меняется по образцу низкочастотного сигнала. Может возникнуть законный вопрос: зачем нужна эта довольно сложная операция, почему нельзя в линию связи направить «чистый» низкочастотный сигнал? Нужно сказать, что очень часто именно так и поступают. В городских телефонных сетях, в системе проводного радиовещания никакой модуляции не применяют, и по линиям связи циркулирует только низкочастотный ток. Но в ряде случаев низкочастотный сигнал оказывается непригодным. Так, например, только высокочастотный ток позволяет эффективно излучать радиоволны и, таким образом, передавать сообщения без проводов (подробнее об этом рассказано в ст. «Радиосвязь»). Используя высокочастотные модулированные токи, тоже можно «уплотнять» линии связи. Но если при временном разделении линии на несколько каналов различные передачи идут «по очереди», то в данном случае по каждой из линий связи большое число телефонных разговоров, телеграмм, телевизионных программ и других сигналов передается одновременно. На передающей стороне такой уплотненной линии находится несколько генераторов переменного тока, каждый из которых работает на своей несущей частоте и переносит один из низкочастотных сигналов. На приемной стороне имеются электрические фильтры. Каждый из них настроен на определенную несущую частоту и только ее и выделяет из сложного суммарного сигнала, «путешествующего» по линии. После фильтра высокочастотный модулированный сигнал поступает на детектор (демодулятор), который осуществляет первую операцию по считыванию информации. Детектор преобразует модулированный переменный ток в пульсирующий, а из него в итоге удается выделить низкочастотный переменный ток— «копию» того, который осуществлял модуляцию. «Оригинал» и «копия» могут резко отличаться по величине: в приемнике ток почти всегда намного слабее. Однако с точки зрения передачи информации все это несущественно. Важно лишь, чтобы «копия» и «оригинал» имели одинаковую форму графиков, чтобы в точности сохранился характер изменения тока, так как именно в нем записана информация. Точно так же одно и то же слово можно записать буквами разных размеров. Подобная система называется частотным уплотнением или, иначе, частотным разделением каналов. Более подробно с отдельными ее элементами — генератором высокочастотного тока, фильтрами, детектором — можно познакомиться в статье «Элементы радиоэлектронной аппаратуры». В заключение несколько слов о том, как надо понимать слова «высокочастотный» и «низкочастотный», когда речь идет о модулирующем (НЧ) и модулируемом (ВЧ) сигналах. В данном случае важно одно: модулируемый (несущий) ток должен иметь во много раз более высокую частоту, чем модулирующий. При этом может оказаться, что оба тока имеют низкую частоту (например, 1000 и 10 гц при передаче телеграфных сигналов) или оба имеют высокую частоту (например, 60 и 6 Мгц при передаче телевидения). В системах радиосвязи и радиовещания модулируемый сигнал всегда высокочастотный (выше 100 кгц), а модулирующий — всегда низкочастотный (не выше 20 кгц). |
ПОИСК
Block title
|