Типы электрических сигналов

Для передачи и переработки информации ее представля­ют в некоторой форме с использованием различных знаков. В общем случае под информацией понимают совокупность сведений о событиях, объектах или явлениях. Совокупность знаков, содержащих ту или иную информацию, на­зывают сообщением. Так, при телеграфной передаче сообщением является текст телеграммы, представляющий собой последовательность отдельных знаков – букв и цифр. Сообщение может иметь самое различное содержание, но не­зависимо от этого всегда отображается в виде сигнала.

В качестве сигнала можно использовать любой физиче­ский процесс, изменяющийся в соответствии с переносимым сообщением. В современных системах железнодорожной ав­томатики, телемеханики и связи обычно используют электрические сигналы. Физической величиной, определяющей такой сигнал, является ток или напряжение. Сигналы фор­мируются изменением (модуляцией) тех или иных параметров переменного тока или напряжения (амплитуды, фазы, частоты) по закону передаваемых сообщений. Сигнал – это средство перенесения информации в пространстве и времени. Для соответствия между сообщением и сигналом, т.е. для обеспечения возможности извлечения сообщения из полученного сигнала, последний следует формировать по оп­ределенным правилам. Каждому сообщению должен соответствовать свой сигнал. Построение сигнала по определенным правилам называют кодированием.

Если сигнал (или сообщение) может прини­мать любые значения в некотором интервале времени, его называют непрерывным, или аналоговым. Такой сигнал является функцией от времени, даже если сообще­ние к таковой не относится (рис. 1.3).

Рис. 1.3. Аналоговый сигнал

Если сигнал (или сообщение) принимает только некоторые определенные значения из некоторого множества, то такой сигнал называют ди­скретным (рис. 1.4). Здесь на одинаковых промежутках времени, называемых дискретами времени, определено значение сигнала.

Рис. 1.4. Дискретный сигнал

Если дискретный сигнал представляет собой функцию, которая может принимать только два значения (одно из них обычно обозначают 1, а другое 0), то его называют цифровым сигналом (рис. 1.5). Устройства, обрабатывающие такие сигналы, называют цифровыми или дискретными устройствами.

Рис. 1.5. Цифровой сигнал

Цифровые сигналы (их еще называют логическими сигналами) широко используются при построении устройств автоматики. При этом подразумевается независимость в обозначении сигнала от истинного значения действующей амплитуды.

Так, для некоторых микросхем, цифровой сигнал может принимать значение высокого уровня, равное +15 В, для других +5 В. И в том и в другом случае говорят, что сигнал принимает единичное значение, и обозначают его 1. Противоположный сигнал, по уровню близкий к нулевому значению, обозначают 0 и называют нулевым.

Если рассмотреть одиночный цифровой сигнал, действующий в каком-либо цифровом устройстве с помощью, например, осциллографа, растянув его развертку во времени, то можно увидеть картину, представленную на рис. 1.6.

На этом рисунке изображено два импульсных сигнала (импульса). Первый (рис. 1.6, а) называется положительным и действует в системах, где нормальным, т. е. нерабочим, считается сигнал низкого уровня. Второй (рис. 1.6, б) называется отрицательным и действует в системах, где нормальным (нерабочим) считается сигнал высокого уровня (надо отметить, что такое деление является условным).

Любой импульс имеет амплитуду, изменяющуюся от 0 – U _0max до U _1min – U _1max. Значение импульса в диапазоне 0 – U _0max считается нулевым, а в диапазоне U _1min – U _1max единичным. Каждый импульс имеет передний фронт (срез) – переход от нулевого значения до единичного и задний фронт (спад) – переход от единичного значения до нулевого. Длительность фронтов определяется быстродействием элементной базы, реализующей схемы цифрового устройства.

Любой импульс имеет и такую характеристику, как длительность, которая обозначена .

К быстродействующим относятся элементы, имеющие длительность фронтов в диапазоне десятков пикосекунд или наносекунд. К медленнодействующим относятся такие устройства, которые имеют длительность фронтов в диапазоне десятков и сотен микросекунд. Теория дискретных устройств оперирует идеальными (абстрактными) сигналами, в которых U _0max =0 и U _1min = U _1max. Длительность фронтов импульсов принимается равной нулю. Только на этапе перехода к применяемой элементной базе учитываются истинные параметры этих элементов.

Кроме импульсных сигналов цифровые устройства оперируют и сигналами, значение которых изменяются во времени относительно медленно. Такие сигналы называют потенциальными.

Рис. 1.6. Примеры цифровых импульсных сигналов:

а – положительный импульс; б – отрицательный импульс