Краткие теоретические сведения. В технических отраслях знаний термин сигнал (signal

В технических отраслях знаний термин "сигнал" (signal, от латинского signum – знак) очень часто используется в широком смысловом диапазоне, без соблюдения строгой терминологии. Под ним понимают и техническое средство для передачи, обращения и использования информации – электрический, магнитный, оптический сигнал; и физический процесс, представляющий собой материальное воплощение информационного сообщения – изменение какого-либо параметра носителя информации (напряжения, частоты, мощности электромагнитных колебаний, интенсивности светового потока и т.п.) во времени, в пространстве или в зависимости от изменения значений каких-либо других аргументов (независимых переменных); и смысловое содержание определенного физического состояния или процесса, как, например, сигналы светофора, звуковые предупреждающие сигналы и т.п. Все эти понятия объединяет конечное назначение сигналов. Это определенные сведения, сообщения, информация о каких-либо процессах, состояниях или физических величинах объектов материального мира, выраженные в форме, удобной для передачи, обработки, хранения и использования этих сведений.

Наиболее распространенное представление сигналов – в электрической форме в виде зависимости напряжения от времени U(t).

С понятием сигнала неразрывно связан термин регистрации сигналов, использование которого также широко и неоднозначно, как и самого термина сигнал. В наиболее общем смысле под этим термином можно понимать операцию выделения сигнала и его преобразования в форму, удобную для дальнейшего использования.

Электрический сигнал является функцией времени и характеризуется временными и амплитудными параметрами.

Выделяют следующие типы сигналов:

– аналоговый сигнал (analog signal) является непрерывной функцией непрерывного аргумента, т.е. определен для любого значения аргументов;

– дискретный сигнал (discrete signal) по своим значениям также является непрерывной функцией, но определенной только по дискретным значениям аргумента;

– цифровой сигнал (digital signal) квантован по своим значениям и дискретен по аргументу. По существу, цифровой сигнал по своим значениям является формализованной разновидностью дискретного сигнала.

Наиболее часто в качестве сигналов используются:

– сигналы постоянного уровня(постоянные электрические токи и напряжения);

– синусоидальные сигналы(переменный электрический ток пли напряжение);

– последовательностьэлектрическихимпульсов (прямоугольных, треугольных или другой формы).

Сигнал характеризуется рядом параметров. В первом случае единственным параметром сигнала является его уровень. Синусоидальный сигнал характеризуется своей амплитудой, фазой, частотой, последовательность импульсов – амплитудой, фазой, частотой, шириной импульсов или комбинацией импульсов различного уровня в течение определенного промежутка времени.

Основными параметрами изменяющихся во времени сигналов являются (рисунок 24):

– амплитуда (A) – наибольшее значение, которое принимает сигнал или максимальное значение изменения переменной величины от среднего значения (по модулю);

– максимальное значение сигнала (X MAX)– наибольшее мгновенное значение сигнала на протяжении заданного интервала времени;

– минимальное значение сигнала (X MIN)– наименьшее мгновенное значение сигнала на протяжении заданного интервала времени;

– размах (R) – разность между максимальным и минимальным значениями сигнала на протяжении заданного интервала времени;

– частота (f) – характеристика электрического сигнала, равная числу полных циклов, совершённых за единицу времени;

– период (T) – величина, обратная частоте;

– скважность сигнала – величина, равная отношению периода импульсного сигнала к его длительности

Рисунок 24 – Основные параметры электрического сигнала

 

На рисунке 25 представлены наиболее распространенные формы электрических сигналов.

Рисунок 25 – Формы электрического сигнала

а) постоянное напряжение; б) синусоидальное напряжение; в) пилообразное напряжение; г) прямоугольный импульс; д) меандр; е) треугольник

 

Меа́ндр – бесконечный, периодический сигнал прямоугольной формы, широко используемый в радиотехнике. Длительность импульса и длительность паузы в периоде такого сигнала равны. Другими словами, меандр — бесконечный, периодический прямоугольный сигнал со скважностью, равной 2. Меандр может быть двухполярным и униполярным.