Общие характеристики аналоговых сигналов и устройств. Виды и характеристики аналоговых сигналов, информационные параметры сигналов.

Под аналоговым информационным сигналом понимается электрический сигнал, параметры которого (напряжение, ток, частота, фаза и др.) изменяются аналогично изменению той или иной физической величины, характеризующей состояние или работу контролируемого объекта. К таким сигналам относятся следующие разновидности.

Непрерывный аналоговый электрический сигнал – в качестве информационного параметра используется напряжение или ток, характер изменения которых повторяет колебания значения контролируемой физической величины (рисунок 5.1).

Рисунок 5.1 – Непрерывный аналоговый электрический сигнал

Дискретный аналоговый электрический сигнал квантован по времени, таким образом, его величина пропорциональна физическому параметру в каждый данный момент времени (рисунок 5.2). При этом дискреты по времени должны быть такими, чтобы на выходе измерителя не была потеряна информация о фактическом изменении физической величины. Обычно величина дискреты должна быть меньше или равна половине минимально возможного периода колебаний значения физической величины.

Рисунок 5.2 – Дискретный аналоговый электрический сигнал

Синусоидальный моночастотный аналоговый электрический сигнал – в качестве информационных параметров могут быть использованы амплитуда, частота и фаза (при наличии на приемной стороне опорного сигнала). Амплитудно-частотный спектр этого сигнала содержит одну спектральную линию на частоте сигнала . На рисунке 5.3 приведены форма(а) и спектр(б) сигнала.

Рисунок 5.3 – Синусоидальный моночастотный аналоговый электрический сигнал: а – форма; б – спектр

Модулированный синусоидальный аналоговый электрический сигнал образуется путем изменения амплитуды (АМ-модуляция), частоты (ЧМ-модуляция) или фазы (ФМ-модуляция) высокочастотного несущего сигнала низкочастотным информационным сигналом. Наиболее часто в измерительной технике применяется АМ- сигнал.

На рисунке 5.4 приведен пример АМ-сигнала для случая, когда модулирующий и модулируемый сигналы являются синусоидальными (рисунок 5.4 а), и его амплитудно-частотный спектр (рисунок 5.4 б). Огибающая АМ-сигнала повторяет форму информационного (модулирующего) сигнала, как правило, с усилением его амплитуды.

Рисунок 5.4 – Пример АМ-сигнала (а) и его спектральной диаграммы (б)

Математический анализ процесса модуляции в данном случае приводит к спектральной диаграмме, содержащей три спектральные линии: одну с частотой модулируемого (несущего) сигнала с амплитудой несущего сигнала и две боковые линии с частотами, , где – максимальная частота модулирующего сигнала. Амплитуды боковых спектральных линий при этом равны половине максимальной амплитуды модулирующего сигнала – .

Восстановление усиленного информационного сигнала из АМ-сигнала называется демодуляцией, вид демодулированного сигнала представлен на рисунке 5.5. Из рисунка 5.5 видно, что демодулированный сигнал имеет в своем составе постоянную составляющую, равную амплитуде несущего сигнала, что не всегда удобно при дальнейших преобразованиях. Подавление постоянной составляющей может быть осуществлено схемным решением электронного устройства. Кроме того, существует так называемая балансная модуляция, где подавление постоянной составляющей обеспечивается специальным алгоритмом процесса модуляции.

Рисунок 5.5 – Демодулированный сигнал

Импульсный аналоговый электрический сигнал представляет собой периодическую последовательность импульсов (рисунок 5.6). Для передачи сообщений используются модуляции информационным сигналом: амплитуды – (АИМ), частоты – (ЧИМ), ширины импульса – (ШИМ), фазы – (ФИМ). Таким образом, импульсная последовательность обладает большими информационными возможностями по сравнению с гармоническими сигналами.

Рисунок 5.6 – Импульсный сигнал: а – информационная последовательность;

б – опорный сигнал