Классификация сигналов. Аналоговые сигналы.

По форме сигналы могут быть аналоговыми или цифровыми. Классификация представлена на рис. 1.

К аналоговым сигналам относятся сигналы, уровень (амплитуда) которых может принимать произвольные значения в определенном для сигнала интервале.

Амплитуда простого и достаточно распространенного в природе аналового гармонического сигнала изменяется по синусоидальному закону:

(t)=Asin(wt+j)

где А-амплитуда, w=2pf-круговая частота колебания, j - фаза колебания.

Частота f=w/2p измеряется в Гц и называется линейной.

Большинство аналоговых сигналов имеют более сложную форму. Периодические (повторяющиеся через время Тn- период) сигналы произвольной формы могут быть представлены в соответствии с формулой Фурье в виде суммы гармонических колебаний:

s(t)=Cо+ kcos(kwt - jк)

где Cо - постоянная составляющая сигнала;

Ск - амплитуда к-ой гармоники сигнала (к=1,2, .,n);

кw и jк - частота и фаза к-ой гармоники сигнала.

Параметры ряда Фурье вычисляются по соответствующим формулам. Ряд Фурье представляет собой математическую модель периодического сигнала, также как любой цвет может быть разложен на составляющие красного, зеленого и синего цветов.

Совокупность гармонических составляющих сигнала образуют его спектр.

Амплитуда каждой спектральной составляющей характеризует энергию сигнала на соответствующей гармонике основной частоты. Чем выше скорость изменения амплитуды сигнала, тем больше доля в его спектре высокочастотных гармоник. Разность между максимальной и минимальной частотами спектра сигнала, между которыми сосредоточено основная часть, например, 95%, называется шириной спектра. Графическое изображение спектра периодического сигнала представлено на рис.

Рис. Спектр периодического аналогового сигнала.

Частоты составляющих спектра непериодического аналогового сигнала непрерывно меняются. При наблюдении спектра такого сигнала на экране спектроанализатора положение и уровень различных спектральных составляющих непрерывно меняются и спектр выглядит как сплошной. В соответствии с изменением амплитуды аналогового сигнала меняется его энергия или мощность (так как мощность пропорциональна квадрату амплитуды). В зависимости от времени измерения энергии сигнала различают среднюю и мгновенную мощность. Десятичный логарифм отношения максимальной мощности сигнала к минимальной называется динамическим диапазоном сигнала.

Таким образом, аналоговый сигнал описывается набором параметров, являющихся его признаками. К ним относятся:

частота гармонического или диапазон частот для нерегулярного сигнала;

фаза сигнала;

длительность сигнала;

амплитуда или мощность сигнала;

ширина спектра сигнала;

динамический диапазон сигнала.

Классификация сигналов. Дискретные сигналы

У дискретных сигналов амплитуда имеет конечный, заранее определенный набор значений. Наиболее широко применяется двоичный (бинарный) дискретный сигнал: в ЭВМ, в телеграфии, при передаче данных. Информационные сигналы, циркулирующие в ЭВМ IBM PC, имеют значения амплитуды: 0 и 5 В. Осциллограмма бинарного сигнала показана на рис.

Рис. Осциллограмма бинарного сигнала

Дискретный сигнал характеризуется следующими параметрами: амплитудой А и мощностью P, длительностью импульса tи периодом Тп или частотой Fп =1/Tп повторения импульсов (для периодических дискретных сигналов), шириной спектра сигнала DFс, скважностью импульсов a=Тп/tи.

Спектр дискретного периодического сигнала содержит бесконечное количество убывающих по амплитуде гармоник. Для бинарного периодического сигнала фрагмент спектра показан на рис.

Он характеризуется следующими свойствами:

амплитуда гармонической составляющей Ск уменьшается по закону sinx/x;

амплитуда гармоники Ск обращается в ноль в точках к/tи, к=1,2, .;

в области частот спектра (0 - 1/tи) располагаются a -1 гармоник;

постоянная составляющая сигнала равна А/a.

Рис. Спектр бинарного сигнала

Учитывая, что большая часть энергии сигнала сосредоточена в области частот 0 - 1/tи, ширина спектра бинарного периодического сигнала приблизительно оценивается по формуле: DFи »1/tи.

При прохождении дискретных сигналов по реальным электрическим цепям радиотехнических средств с ограниченной полосой пропускания их форма искажается и крутизна склона импульса уменьшается. Прямоугольный импульс приобретает колоколообразную форму. В результате этого размывается граница между амплитудой аналогового и дискретного сигналов. Искажения формы и уменьшение амплитуды импульсных сигналов в проводах ограничивают дальность их передачи, например, для обеспечения межмашинного обмена данными в локальных сетях.

Статья в тему

Формирование и передача сигналов
Радиопередающими называют устройства, предназначенные для выполнения двух основных функций - генерации электромагнитных колебаний высокой и сверхвысокой частоты и их модуляция в соответствии с передаваемым сообщением. Одной из основных тенденций развития техники радиопередающих устройств является с ...