Електричні сигнали і їх види

"Гей, чувак, дай сигнал. Якщо щось піде не так". Дуже часто цю фразу можна почути у фільмах. Посигналити. дати сигнал. сигнал з космосу і тд. Що ж таке "сигнал"?

За ідеєю, це щось таке, що можна передати через простір і час. Регулювальник на перехресті подає сигнали і водії їдуть відповідно до цих сигналами, інакше їх недотримання призведе до аварії. Сигнали-жести дуже часто також використовують війська спецназу. Отже, які умови повинні бути, щоб назвати сигнал "сигналом"?

1) Сигнал повинен будь-ким створюватися (генеруватися).

2) Має бути хтось, для кого призначений цей сигнал.

3) Цей хтось повинен прийняти цей сигнал і зробити для себе якісь висновки, тобто правильно трактувати сигнал.

Зануримося в Дикий Захід.

Думаю, не секрет, що індіанці розпалювали багаття, і дим від багаття використовувався для передачі сигналу. Значить, в нашому випадку багаття - генератор сигналу. Перший пункт працює). Для кого ж був призначений дим від багаття? Для ковбоїв? Звичайно ж ні! Для своїх же - індіанців. Значить, працює пункт два ;-). Ну ладно, ви побачили два стовпи диму, що піднімаються в небо. Вам це щось говорить? Хтось напевно смажить шашлики? Але якщо ви підійдете до цих вогнищ, то шашлик зроблять саме з вас). Для індіанців ці два стовпи диму означали, що їх загін благополучно пополювати на ковбоїв ;-). Ну ось і виповнилося третє правило ;-)

Електричні сигнали і їх види

Але що ж з себе представляє електричний сигнал? Терзають мене смутні сумніви, що десь тут замішаний електричний струм :-). Чим характеризується електричний струм? Ну звичайно ж, напругою і силою струму. Найцікавіше, що електричний струм дуже зручно передавати через простір за допомогою дротів. Хоча і електрони в проводочков рухаються зі швидкістю всього кілька міліметрів в секунду, електричні поле охоплює весь проводочек зі швидкістю світла! А як ви пам'ятаєте, швидкість світла дорівнює 300 000 кілометрів на секунду! Тому, електрон на іншому кінці проводочки практично відразу починає рухатися.

ОК, щоб передати сигнал через простір, будемо використовувати дроти. Які повинні бути умови, щоб сигнал називався "сигналом"? Насамперед, нам потрібен генератор цих сигналів! Тобто це може бути будь-яка батарея або схемку, яка б генерувала електричний струм. Далі, повинен бути хтось, хто б приймав цей сигнал. Це може бути якась навантаження, типу лампочки, нагревашкі або цілої схеми, яка б приймала цей сигнал. Ну і по-третє, навантаження повинна якось зреагувати на цей сигнал. Лампочка повинна виділяти світло, нагревашка - грітися, а схема виконувати якусь функцію.

Як ви зрозуміли з усього вище сказаного, головний козир сигналу - це його генератор. Отже, як ми вже розібрали, по проводах можна передавати два параметра електричного струму - це напруга і сила струму. Тобто ми можемо створити генератор, який би змінював або своє напруження або силу струму в навантаженні, яка б чіплялася через дроти до цього генератору. В основному в електроніці використовують саме параметр напруга, так як його легко отримувати і змінювати.

Як я вже сказав, сигнал передається в часі і в просторі. Тобто час - важливий параметр для електричного сигналу. Зараз нам доведеться трохи попотіти і згадати курс математики і фізики за середню школу. Згадуємо декартову систему координат. Як ви пам'ятаєте, по вертикалі ми відкладали вісь Y. по горизонталі Х.

В електроніці та електротехніці по Х ми відкладаємо час, назвемо його буквою t. а по вертикалі ми відкладемо напруга, позначимо його буквою U. В результаті наша система координат буде виглядати ось таким чином:

Прилад, який показує нам напругу в часі називається осциллографом. а графік цієї напруги називається осцилограмою. Осцилограф може бути цифровим.

Який же електричний сигнал є найпростішим сигналом в електроніці? Я думаю, це сигнал постійного струму. А що значить постійний струм? Це ток, значення якого не змінюється з плином часу. А так як ми розглядаємо в основному параметр "напруга", то значить, сигнал постійного струму являє з себе будь-яке значення напруги, яке не змінюється з часом. Як же він виглядає на нашому графіку? Приблизно ось так:

Тут ми бачимо сигнал постійного струму в 3 Вольта.

По вертикалі у нас напруга в Вольтах, а по горизонталі - ну, скажімо, в секундах. Постійний струм протягом часу завжди має одне і те ж значення напруги, тому неважливо, в секундах або в годиннику у нас йде відлік по часу. Напруга ні стрибнуло, ні впало. Воно як було 3 Вольта, так і залишилося. Тобто можна сказати, що сигнал постійного струму являє собою пряму лінію, паралельну осі часу t.

Ось так виглядає сигнал постійного струму "вживу":

Які ж генератори можуть видати такий сигнал постійної напруги?

Це, звичайно ж різні батарейки

Електричні сигнали і їх види

та інші хімічні джерела струму.

У лабораторних умовах простіше отримати постійну напругу з змінного. Прилад, який це вміє робити, називається лабораторним блоком живлення постійної напруги.

А що буде, якщо напруга буде приймати хаотичне значення? Вийде щось типу цього:

Така бяка теж називається сигналом, і такий сигнал називається шумом.

Думаю, деякі з вас вперше бачать осциллограмму шуму, але я впевнений на 100%, що всі чули звучання цього сигналу ;-). Ну-ка натисніть на Play ;-)

Шипіння радіоприймача або старого ТБ, не налаштованого на станцію або на який-небудь канал - це і є шум ;-) Як би дивно це не звучало, але такий сигнал теж дуже часто використовується в електроніці. Наприклад, можна зібрати схемку глушака, який би гасив всі ТВ і радіоприймачі в радіусі кілометра). Тобто генеруємо шумовий сигнал, підсилюємо його і подаємо в ефір ;-)

Всі люблять гойдатися на гойдалках?

Електричні сигнали і їх види

Тут ми бачимо дівчинку, яка з радістю на них гойдається. Але припустимо, вона не знає фішку, що можна розгойдатися самої, вчасно згинаючи і розгинаючи ноги. Тому прийшов тато дівчинки і штовхнув гойдалку з донькою вперед.

Нижче на графіку показаний цей випадок:

Як ви бачите, траєкторія руху дівчинки в часі вийшла дуже кумедною. Такий графік руху носить назву "синусоїда". В електроніці такий сигнал називають синусоїдальним. Не будемо заглиблюватися в тригонометрію (я як і ви ненавиджу алгебру і матан) просто скажу, що тут замішаний синус (sin). Начебто до болю найпростіший графік, але ви не повірите, саме на такий простий синусоїді будується вся електроніка.

Так як синусоїдальний сигнал повторює свою форму протягом усього часу, то його можна назвати періодичним. Тобто ви періодично обідаєте - періодами - рівними відрізками часу. Тут те ж саме. Цей сигнал періодично повторюється. Важливі параметри періодичних сигналів - це амплітуда, період і частота.

Електричні сигнали і їх види

Амплітуда (A) - максимальне відхилення напруги від нуля і до якогось значення.

Період (T) - час, за який сигнал знову повторюється. Змиритися в секундах. Тобто якщо ви сьогодні обідаєте о 12:00, завтра теж в такий же час, о 12:00, і післязавтра теж в цей же самий час, значить ваш обід йде з періодом в 24 години. Все елементарно і просто ;-)

Частота (F) - це просто тупо одиничка, поділена на період, тобто

Електричні сигнали і їх види

Змиритися в Герцах. Пояснюється як "стільки-то коливань в секунду". Ну поки для початку вистачить ;-).

Як я вже сказав, в електроніці синусоїда грає дуже велику роль. Навіть не треба далеко ходити. Досить сунути паль. щупи осцилографа в свою домашню розетку, і можна вже спостерігати синусоїдальний сигнал, частотою в 50 Герц і амплітудою в 310 Вольт ;-).

Електричні сигнали і їх види

Дуже часто в електроніці використовується і прямокутний сигнал.

Прямокутний сигнал на малюнку нижче, де час паузи і час тривалості сигналу рівні, називається меандрові.

Близькі друзі синусоїдального сигналу - це трикутний сигнал

У трикутного сигналу є дуже близький кореш - це пилкоподібний сигнал

В електроніці також використовуються складні сигнали. Ось, наприклад, один з них (я намалював його від балди):

Всі ці сигнали відносяться до періодичних сигналів. так як для них можна вказати період. частоту слідування і амплітуду самих сигналів:

Електричні сигнали і їх види

Для сигналів, які "пробивають підлогу", ну тобто можуть мати від'ємне значення напруги, типу ось цих сигналів

Електричні сигнали і їх види

крім періоду і амплітуди мають ще один параметр. Називається він розмах або подвійна амплітуда. На буржуйському мовою це звучить як amplitude Peak-to-peak. що в дослівному перекладі "амплітуда від піку до піку".

Ось подвійна амплітуда для синусоїди:

а ось для трикутного сигналу:

Найчастіше позначається як 2А, що говорить нам про те, що це подвійна амплітуда сигналу ;-)

Також існують сигнали, які не підкоряються періодичному закону, але теж грають важливу роль в електроніці.

Імпульси - це ті ж самі сигнали, але вони не піддаються періодичному закону, і змінюють своє значення, в залежності від ситуації.

Наприклад, ось низка імпульсів:

Електричні сигнали і їх види

Кожен імпульс має різну тривалість за часом, тому ми не можемо говорити про якийсь періодичності сигналів.

Також є і звуковий сигнал

Хоч він і схожий на білий шум, але несе інформацію у вигляді звуку. Якщо такий сигнал подати на динамічну головку, то можна почути будь-яку запис.

В даний час електричні сигнали використовуються для передачі даних в цифровій електроніці. Швидкість передачі просто приголомшлива! Це можуть бути гігабайти інформації в секунду. Ну і звичайно ж, використовуються дуже складні сигнали з великою частотою. Але ж коли то все починалося з простої абетки Морзе.

Схожі статті