Основы автоматизации технологических процессов

ВИДЫ СИГНАЛОВ

Сигнал определяется как напряжение или ток, который может быть передан как сообщение или как информация. По своей природе все сигналы являются аналоговыми, будь то сигнал постоянного или переменного тока, цифровой или импульсный. Тем не менее, принято делать различие между аналоговыми и цифровыми сигналами.

Цифровым сигналом называется сигнал, определённым образом обработанный и преобразованный в цифры. Обычно эти цифровые сигналы связаны с реальными аналоговыми сигналами, но иногда между ними и нет связи. В качестве примера можно привести передачу данных в локальных вычислительных сетях (LAN) или в других высокоскоростных сетях.

В случае цифровой обработки сигнала (ЦОС) аналоговый сигнал преобразуется в двоичную форму устройством, которое называется аналого-цифровым преобразователем (АЦП). На выходе АЦП получается двоичное представление аналогового сигнала, которое затем обрабатывается арифметическим цифровым сигнальным процессором (DSP). После обработки содержащаяся в сигнале информация может быть преобразована обратно в аналоговую форму с использованием цифро-аналогового преобразователя (ЦАП).

Другой ключевой концепцией в определении сигнала является тот факт, что сигнал всегда несет некоторую информацию. Это ведет нас к ключевой проблеме обработки физических аналоговых сигналов — проблеме извлечения информации.

Виды сигналов

Виды электрических сигналов.

Постоянный ток, является постоянно действующим электрическим сигналом. Постоянный ток (напряжение), или постоянный сигнал – не изменяющийся по амплитуде и по знаку в течение продолжительного времени электрический сигнал.

Источниками постоянного тока служат обычные гальванические элементы - батарейки, аккумуляторы, вторичные источники питания – адаптеры различных бытовых приборов, блоки питания.

Понятие постоянный сигнал используется, как правило, в элементах автоматики и цифровой логики и обозначает наличие, или отсутствие напряжения на входе, или выходе какого либо устройства.

Импульс – это кратковременный сигнал. Импульс может иметь различную амплитуду I(U), длительность (τ) и форму, вплоть до хаотичной. Все эти параметры определяются источником

этого импульса и элементами (электрической цепью) через которую он проходит, изменяясь при этом.

На рисунке 2 изображена простейшая схема получения прямоугольного импульса и временной график одиночного прямоугольного импульса.

Импульс, у которого длительность стремится к нулю, называется гамма-импульс. гамма-импульс – может возникнуть в момент включения выключателя.

Источником гамма-импульса может быть любое замыкание электрической цепи, в результате которого происходит искровой разряд.

Это может быть: природная молния, искра, возникающая при включении и выключении электроприборов, искра от коллектора работающего щёточного двигателя, или замыкающихся (размыкающихся) контактов реле. Из всех видов электрических сигналов, гамма-импульс единственный, который присутствует во всех существующих в природе частотах.

В световом спектре: - в инфракрасном, в видимом, в ультрафиолетовом;

В радио спектре: - во всех диапазонах радиоволн;

В звуковом диапазоне: - на высоких и средних частотах, а с уменьшением частоты (где этим можно пренебречь), амплитуда гамма-импульса уменьшается до нуля.

Переменный ток (напряжение) – изменяющийся по амплитуде и по знаку с определённым периодом T (частотой - ƒ). Обычно переменным током называют - синусоидальный ток.

Все другие виды, которые мы рассмотрим ниже, это тоже переменный ток, но они имеют другие специфические названия. Источниками переменного синусоидального тока являются силовые генераторы различных типов и мощности на электростанциях, источники бесперебойного питания

компьютеров, которые преобразуют постоянный ток аккумуляторных батарей в переменный ток.

Переменный ток, а правильнее – переменное напряжение 220 вольт частотой ƒ = 50 Гц имеется в

электрической розетке в каждом доме.

К периодическим сигналам относят все ниже следующие виды сигналов и их разновидности.

Источниками этих видов сигналов могут быть специальные генераторы или преобразователи.

Периодический прямоугольный сигнал – это сигнал, имеющий прямоугольную форму составляющих его импульсов, амплитуда которых постоянна (одинакова). Частота повторения импульсов ƒ периодического прямоугольного сигнала так же постоянна.

Кроме параметров характеризующих синусоидальный сигнал, прямоугольный сигнал характеризуется показателем – скважность импульсов (S) – это показатель, характеризующий отношение длительности импульсов

к длительности их отсутствия.

Меандр – периодический сигнал прямоугольной формы, длительность импульса и длительность паузы которого в периоде равны. Другими словами, меандр — периодический прямоугольный сигнал со скважностью, равной 2.

Пилообразный сигнал – это сигнал, имеющий пилообразную форму составляющих его импульсов, амплитуда и частота следования импульсов, которого постоянна.

Как и прямоугольный сигнал, пилообразный характеризуется показателями – амплитуда импульсов и частота следования (период следования) импульсов. Самое известное распространение пилообразного сигнала это – генераторы развёрток телевизоров и осциллографов с применением кинескопа (электровакуумной трубки).

Трапециевидный сигнал – это сигнал, импульсы которого имеют форму трапеции, амплитуда и частота следования импульсов, которого постоянна.

Трапециевидный сигнал характеризуется показателями – амплитуда импульсов, частота следования (период следования) импульсов. Это самый редкий из периодических сигналов.

Были перечислены самые важные виды электрических сигналов, все остальные виды – это их модификации (комбинированные сигналы).

Кроме того, все электрические сигналы, могут быть смещены, как в область более положительного напряжения, так и в область отрицательного

напряжения, их название от этого не меняется.

Со всеми вышеперечисленными сигналами Вы будете периодически сталкиваться в радиотехнической практике.