Электрический сигнал это. Электрический сигнал: виды, свойства и применение в современных технологиях

Что такое электрический сигнал. Какие бывают виды электрических сигналов. Каковы основные свойства и характеристики электрических сигналов. Как применяются электрические сигналы в современных технологиях.

Электрический сигнал: определение и основные понятия

Электрический сигнал — это изменение электрического тока или напряжения во времени, несущее некую информацию. Это основное средство передачи информации в электронике и радиотехнике. Электрические сигналы обладают рядом важных преимуществ:

• Легко генерируются и обрабатываются электронными устройствами
• Эффективно передаются на большие расстояния
• Могут нести большой объем информации
• Поддаются математическому описанию и анализу

Понимание природы и свойств электрических сигналов критически важно для работы с современной электроникой и системами связи. Рассмотрим основные виды и характеристики электрических сигналов подробнее.

Виды электрических сигналов

Электрические сигналы можно классифицировать по нескольким признакам. Наиболее важное разделение — на аналоговые и цифровые сигналы.

Аналоговые сигналы

Аналоговый сигнал непрерывно изменяется во времени и может принимать любые значения в заданном диапазоне. Примеры аналоговых сигналов:

• Синусоидальный сигнал
• Речевой сигнал
• Видеосигнал

Аналоговые сигналы хорошо описывают многие природные процессы, но чувствительны к помехам при передаче и обработке.

Цифровые сигналы

Цифровой сигнал принимает только дискретные значения (обычно два — 0 и 1) в дискретные моменты времени. Преимущества цифровых сигналов:

• Высокая помехозащищенность
• Легкость обработки на компьютерах
• Возможность сжатия информации

Большинство современных систем обработки информации используют цифровые сигналы.

Основные характеристики электрических сигналов

Для описания свойств электрических сигналов используется ряд важных характеристик:

Амплитуда сигнала

Амплитуда — это максимальное отклонение сигнала от среднего значения. Измеряется в вольтах или амперах. Амплитуда определяет мощность сигнала и его устойчивость к помехам.

Частота сигнала

Частота показывает, сколько колебаний совершает сигнал за 1 секунду. Измеряется в герцах (Гц). От частоты зависит объем передаваемой информации и дальность передачи сигнала.

Фаза сигнала

Фаза характеризует смещение сигнала во времени относительно некой опорной точки. Измеряется в градусах или радианах. Фаза важна при сложении сигналов и модуляции.

Спектр сигнала

Спектр показывает, какие частотные составляющие входят в сигнал и с какой амплитудой. Анализ спектра позволяет оценить информационную емкость сигнала.

Преобразование аналоговых сигналов в цифровые

Для обработки аналоговых сигналов на компьютерах их необходимо преобразовать в цифровую форму. Этот процесс включает два этапа:

Дискретизация сигнала

При дискретизации непрерывный сигнал заменяется последовательностью его значений, взятых через равные промежутки времени. Частота дискретизации должна минимум вдвое превышать максимальную частоту в спектре сигнала.

Квантование сигнала

При квантовании каждому дискретному отсчету присваивается ближайшее значение из конечного набора уровней. Число уровней определяет точность представления сигнала.

После дискретизации и квантования аналоговый сигнал преобразуется в последовательность двоичных чисел — цифровой сигнал.

Модуляция электрических сигналов

Модуляция — это изменение одного или нескольких параметров несущего сигнала в соответствии с передаваемой информацией. Основные виды модуляции:

• Амплитудная модуляция (AM) — изменяется амплитуда несущего сигнала
• Частотная модуляция (FM) — изменяется частота несущего сигнала
• Фазовая модуляция (PM) — изменяется фаза несущего сигнала

Модуляция позволяет эффективно передавать сигналы на большие расстояния и уплотнять каналы связи.

Применение электрических сигналов в современных технологиях

Электрические сигналы лежат в основе работы множества современных технологий:

Системы связи

В телефонии, радио, телевидении, интернете информация передается в виде электрических сигналов. Развитие систем связи во многом определяется совершенствованием методов обработки сигналов.

Измерительная техника

Электрические сигналы используются для измерения различных физических величин — температуры, давления, ускорения и т.д. Это позволяет создавать высокоточные цифровые измерительные приборы.

Системы управления

В автоматизированных системах управления электрические сигналы передают команды от контроллера к исполнительным устройствам и обратную связь от датчиков.

Медицинская техника

Электрические сигналы, генерируемые организмом (ЭКГ, ЭЭГ), позволяют диагностировать различные заболевания. Разрабатываются системы для точного измерения биоэлектрических сигналов.

Перспективы развития технологий обработки электрических сигналов

Основные направления совершенствования систем обработки электрических сигналов:

• Повышение скорости и точности аналого-цифрового преобразования
• Разработка эффективных алгоритмов цифровой обработки сигналов
• Создание помехоустойчивых методов передачи сигналов
• Миниатюризация и снижение энергопотребления электронных устройств

Развитие этих технологий открывает новые возможности в области связи, измерений, медицины и других сферах.

Электрический сигнал | это… Что такое Электрический сигнал?

ТолкованиеПеревод

Электрический сигнал

Сигнал — это физический процесс, содержащий в себе некоторую информацию. На практике чаще всего используются электрические сигналы. При этом носителем информации является изменяющиеся во времени ток или напряжение в электрической цепи. Электрические сигналы легче обрабатывать, чем другие, они хорошо передаются на большие расстояния. Математическая модель представления сигнала, как функции времени, является основополагающей концепцией теоретической радиотехники, оказавшейся плодотворной как для анализа, так и для синтеза радиотехнических устройств и систем. В радиотехнике альтернативой сигналу, который несет полезную информацию, является шум — обычно случайная функция времени, взаимодействующая (например, путем сложения) с сигналом и искажающая его.

Основной задачей теоретической радиотехники является извлечение полезной информации из сигнала с обязательным учетом шума.

Выделяют аналоговые, дискретные, квантованные и цифровые сигналы.

Содержание 1 Аналоговый сигнал (АС) 2 Дискретный сигнал 3 Квантованный сигнал 4 Цифровой сигнал 5 См. также

Аналоговый сигнал (АС)

Аналоговый сигнал

Основная статья: Аналоговый сигнал

Большинство сигналов имеют аналоговую природу, то есть изменяются непрерывно во времени и могут принимать любые значения на некотором интервале. Аналоговые сигналы описываются некоторой математической функцией времени.

Пример АС — гармонический сигнал — s(t) = A·cos(ω·t + φ).

Аналоговые сигналы используются в телефонии, радиовещании, телевидении. Ввести такой сигнал в компьютер и обработать его невозможно, так как на любом интервале времени он имеет бесконечное множество значений, а для точного (без погрешности) представления его значения требуются числа бесконечной разрядности.

Поэтому необходимо преобразовать аналоговый сигнал так, чтобы можно было представить его последовательностью чисел заданной разрядности.

Дискретный сигнал

Дискретный сигнал

Основная статья: Частота дискретизации

Дискретизация аналогового сигнала состоит в том, что сигнал представляется в виде последовательности значений, взятых в дискретные моменты времени. Эти значения называются отсчетами. Δt называется интервалом дискретизации.

Квантованный сигнал

Квантованный сигнал

Основная статья: Квантование (обработка сигналов)

При квантовании вся область значений сигнала разбивается на уровни, количество которых должно быть представлено в числах заданной разрядности. Расстояния между этими уровнями называется шагом квантования  Δ. Число этих уровней равно N (от 0 до N-1). Каждому уровню присваивается некоторое число. Отсчеты сигнала сравниваются с уровнями квантования и в качестве сигнала выбирается число, соответствующее некоторому уровню квантования.

Каждый уровень квантования кодируется двоичным числом с n разрядами. Число уровней квантования N и число разрядов n двоичный чисел, кодирующих эти уровни, связаны соотношением n ≥ log₂(N).

Цифровой сигнал

Цифровой сигнал

Основная статья: Цифровой сигнал

Для того чтобы представить аналоговый сигнал последовательностью чисел конечной разрядности, его следует сначала превратить в дискретный сигнал, а затем подвергнуть квантованию. В результате сигнал будет представлен таким образом, что на каждом заданном промежутке времени известно приближённое (квантованное) значение сигнала, которое можно записать целым числом. Если записать эти целые числа в двоичной системе, получится последовательность нулей и единиц, которая и будет являться цифровым сигналом.

См. также

• АЦП
• Отношение сигнал/шум

Wikimedia Foundation. 2010.

Игры ⚽ Поможем написать курсовую

• Электрический счетчик
• Электрический счётчик

Полезное

Электрический сигнал | это.

.. Что такое Электрический сигнал?

ТолкованиеПеревод

Электрический сигнал

Сигнал — это физический процесс, содержащий в себе некоторую информацию. На практике чаще всего используются электрические сигналы. При этом носителем информации является изменяющиеся во времени ток или напряжение в электрической цепи. Электрические сигналы легче обрабатывать, чем другие, они хорошо передаются на большие расстояния. Математическая модель представления сигнала, как функции времени, является основополагающей концепцией теоретической радиотехники, оказавшейся плодотворной как для анализа, так и для синтеза радиотехнических устройств и систем. В радиотехнике альтернативой сигналу, который несет полезную информацию, является шум — обычно случайная функция времени, взаимодействующая (например, путем сложения) с сигналом и искажающая его. Основной задачей теоретической радиотехники является извлечение полезной информации из сигнала с обязательным учетом шума.

Выделяют аналоговые, дискретные, квантованные и цифровые сигналы.

Содержание 1 Аналоговый сигнал (АС) 2 Дискретный сигнал 3 Квантованный сигнал 4 Цифровой сигнал 5 См. также

Аналоговый сигнал (АС)

Аналоговый сигнал

Основная статья: Аналоговый сигнал

Большинство сигналов имеют аналоговую природу, то есть изменяются непрерывно во времени и могут принимать любые значения на некотором интервале. Аналоговые сигналы описываются некоторой математической функцией времени.

Пример АС — гармонический сигнал — s(t) = A·cos(ω·t + φ).

Аналоговые сигналы используются в телефонии, радиовещании, телевидении. Ввести такой сигнал в компьютер и обработать его невозможно, так как на любом интервале времени он имеет бесконечное множество значений, а для точного (без погрешности) представления его значения требуются числа бесконечной разрядности. Поэтому необходимо преобразовать аналоговый сигнал так, чтобы можно было представить его последовательностью чисел заданной разрядности.

Дискретный сигнал

Дискретный сигнал

Основная статья: Частота дискретизации

Дискретизация аналогового сигнала состоит в том, что сигнал представляется в виде последовательности значений, взятых в дискретные моменты времени. Эти значения называются отсчетами. Δt называется интервалом дискретизации.

Квантованный сигнал

Квантованный сигнал

Основная статья: Квантование (обработка сигналов)

При квантовании вся область значений сигнала разбивается на уровни, количество которых должно быть представлено в числах заданной разрядности. Расстояния между этими уровнями называется шагом квантования  Δ. Число этих уровней равно N (от 0 до N-1). Каждому уровню присваивается некоторое число. Отсчеты сигнала сравниваются с уровнями квантования и в качестве сигнала выбирается число, соответствующее некоторому уровню квантования. Каждый уровень квантования кодируется двоичным числом с n разрядами. Число уровней квантования N и число разрядов n двоичный чисел, кодирующих эти уровни, связаны соотношением n ≥ log₂(N).

Цифровой сигнал

Цифровой сигнал

Основная статья: Цифровой сигнал

Для того чтобы представить аналоговый сигнал последовательностью чисел конечной разрядности, его следует сначала превратить в дискретный сигнал, а затем подвергнуть квантованию. В результате сигнал будет представлен таким образом, что на каждом заданном промежутке времени известно приближённое (квантованное) значение сигнала, которое можно записать целым числом. Если записать эти целые числа в двоичной системе, получится последовательность нулей и единиц, которая и будет являться цифровым сигналом.

См. также

• АЦП
• Отношение сигнал/шум

Wikimedia Foundation. 2010.

Игры ⚽ Поможем сделать НИР

• Электрический счетчик
• Электрический счётчик

Полезное

AC, DC и электрические сигналы

AC, DC и электрические сигналы | Клуб электроники

переменный ток | округ Колумбия | Свойства сигнала | RMS

Следующая страница: Осциллографы (CRO)

См. также: Диоды | Блоки питания

AC означает переменный ток, а DC означает постоянный ток. AC и DC также используются, когда речь идет о напряжениях и электрических сигналах. которые не токи! Например: источник питания переменного тока 12 В имеет переменное напряжение (что приведет к протеканию переменного тока).

Электрический сигнал – это напряжение или ток, передающий информацию, обычно это означает напряжение. Термин может использоваться для любого напряжения или тока в цепи.

---

Переменный ток (AC)

Переменный ток (AC) течет то в одну сторону, то в другую, постоянно меняя направление.

Напряжение переменного тока постоянно меняется между положительным (+) и отрицательным (-).

Скорость изменения направления называется частотой переменного тока и измеряется в герц (Гц) , число циклов вперед-назад в секунду .

Электросети в Великобритании имеют частоту 50 Гц.

Подробнее о свойствах сигнала см. ниже.

Блок питания переменного тока подходит для питания некоторых устройств, таких как лампы и обогреватели, но почти все электронные схемы требуют стабильного источника постоянного тока (см. ниже).

Переменный ток от источника питания
Эта форма называется синусоидой .

Этот треугольный сигнал является переменным, поскольку он меняет
между положительным (+) и отрицательным (-).

---

Постоянный ток (DC)

Постоянный ток (DC) всегда течет в одном и том же направлении, но может увеличиваться и уменьшаться.

Напряжение постоянного тока всегда положительное (или всегда отрицательное), но оно может увеличиваться и уменьшаться.

Для электронных схем обычно требуется устойчивый источник постоянного тока , постоянный при одном значении или плавный источник питания постоянного тока , который имеет лишь небольшую вариацию, называемую пульсацией .

Элементы, батареи и регулируемые источники питания обеспечивают постоянный ток постоянного тока , который идеально подходит для электронных схем.

Блоки питания содержат трансформатор, который преобразует сеть переменного тока подается на безопасный переменный ток низкого напряжения. Затем переменный ток преобразуется в постоянный с помощью мостовой выпрямитель, но выход , отличающийся от DC , который не подходит для электронных схем.

Некоторые блоки питания содержат конденсатор для обеспечения smooth DC , который подходит для менее чувствительных электронных схем, в том числе Большинство проектов на этом сайте.

Лампы, нагреватели и моторы работают от любого источника постоянного тока.

Дополнительную информацию см. на странице блоков питания.

Источники питания также рассматриваются на веб-сайте Electronics in Meccano.

Steady DC
от батареи или регулируемого источника питания,
идеально подходит для электронных схем.

Smooth DC
от сглаженного блока питания,
этот подходит для некоторой электроники.
 

Переменный постоянный ток
от блока питания без сглаживания,
для электроники не подходит.

---

---

Свойства электрических сигналов

Электрический сигнал представляет собой напряжение или ток, который передает информацию, обычно это означает напряжение. Термин может использоваться для любого напряжения или тока в цепи.

Приведенный ниже график зависимости напряжения от времени показывает различные свойства электрического сигнала. В дополнение к свойствам, отмеченным на графике, есть частота это число циклов в секунду.

На диаграмме показана синусоида , но свойства применимы к любому сигналу с постоянно повторяющейся формой.

• Амплитуда — максимальное напряжение, достигаемое сигналом. Измеряется в вольт , вольт .
• Пиковое напряжение — другое название амплитуды.
• Пиковое напряжение равно удвоенному пиковому напряжению (амплитуда). При чтении осциллограммы обычно измеряют пиковое напряжение.
• Период времени — это время, за которое сигнал завершает один цикл. Он измеряется в секундах (с) , но периоды времени, как правило, короткие, поэтому часто используются миллисекунды (мс) и микросекунды (мкс).
  1 мс = 0,001 с и 1 мкс = 0,000001 с.
• Частота — количество циклов в секунду. Он измеряется в герц (Гц) , но частоты имеют тенденцию быть высокими, поэтому часто используются килогерцы (кГц) и мегагерцы (МГц).
  1 кГц = 1000 Гц и 1 МГц = 1000000 Гц.

Частота и период времени

Частота и период времени обратны друг другу:

частота  =	1
	период времени

и

период времени  =	1
	частота

Электрическая сеть в Великобритании имеет частоту 901 290 50020 0 0 поэтому период времени ¹ / ₅₀ = 0,02 с = 20 мс .

---

Среднеквадратичное значение (RMS)

Значение напряжения переменного тока постоянно изменяется от нуля до положительного пика через от нуля до отрицательного пика и снова до нуля. Ясно, что большую часть времени оно меньше пикового напряжения, так что это не является хорошей мерой его реального эффекта.

Вместо этого мы используем среднеквадратичное значение напряжения (V _RMS ) что составляет 0,7 пикового напряжения (V _пик ):

V RMS = 0.7 × V peak

and

V peak = 1.4 × V RMS

These equations also apply to current .

Важно отметить, что эти уравнения верны только для синусоидальных волн (наиболее распространенный тип переменного тока), потому что Коэффициенты 0,7 и 1,4 являются разными значениями для других форм.

Среднеквадратичное значение — это эффективное значение переменного напряжения. или текущий. Это эквивалентное постоянное значение постоянного тока, которое дает тот же эффект.

Например, лампа, подключенная к источнику питания 6V RMS AC , будет гореть с той же яркостью. при подключении к постоянному источнику питания 6 В постоянного тока . Тем не менее, при подключении к 6 В пикового переменного тока лампа будет тусклее. питание, потому что среднеквадратичное значение этого составляет всего 4,2 В (это эквивалентно постоянному напряжению 4,2 В постоянного тока).

Вам может показаться полезным рассматривать среднеквадратичное значение как нечто среднее, но помните, что это НЕ действительно средний! На самом деле среднее напряжение (или ток) типичного сигнала переменного тока равен нулю, потому что положительная и отрицательная части точно сокращаются.

Что показывают измерители переменного тока: среднеквадратичное или пиковое напряжение?

Вольтметры и амперметры переменного тока показывают среднеквадратичное значение напряжения или тока.

Что на самом деле означает «6 В переменного тока», это среднеквадратичное или пиковое напряжение?

Если имеется в виду пиковое значение, оно должно быть четко указано, в противном случае предполагается, что это среднеквадратичное значение . При повседневном использовании переменные напряжения (и токи) всегда задаются как среднеквадратичных значений , потому что это позволяет провести разумное сравнение с постоянными напряжениями постоянного тока (и токами), например, от батареи.

Например, «питание 6 В переменного тока» означает среднеквадратичное значение 6 В, пиковое напряжение составляет 8,4 В. Сеть Великобритании 230 В переменного тока, это означает среднеквадратичное значение 230 В, поэтому пиковое напряжение сети составляет около 320 В.

Так что же на самом деле означает среднеквадратичное значение (RMS)?

Сначала возведите все значения в квадрат, затем найдите среднее (среднее) этих квадратных значений по полный цикл и найти квадратный корень из этого среднего. Это среднеквадратичное значение. Смущенный? Не обращайте внимания на математику (она выглядит сложнее, чем есть на самом деле), просто примите что среднеквадратичные значения напряжения и тока являются гораздо более полезной величиной, чем пиковые значения.

---

Следующая страница: Осциллографы (CRO) | Исследование

---

Система абсолютно непрерывно измеряет все электрические сигналы в организме

Институт науки и технологий Тэгу Кёнбук

Предоставлено: DGIST (Институт науки и технологий Тэгу Кёнбук).

Группа под руководством профессора Ли Чжон Хюпа с факультета электротехники и компьютерных наук разработала систему интегральных схем, преобразующую аналоговые сигналы в цифровые, которая может получать все виды биоэлектрических сигналов. Эта недавно разработанная технология позволяет точно измерять электрические сигналы, генерируемые человеческим телом, даже в условиях сильного внешнего шума. Его можно использовать в таких технологиях, как интерфейсы мозг-машина и сверхмалые высокопроизводительные медицинские устройства.

Электрические сигналы, генерируемые в живом организме, включают электрокардиограмму (ЭКГ), электроэнцефалограмму головного мозга (ЭЭГ) и электронейрограмму (ЭНГ), генерируемые сердцем, и каждый сигнал имеет разные характеристики сигнала. Например, в случае электроэнцефалограммы величина сигнала очень мала, на уровне 1 мкВ. В случае электронейрограммы частотный диапазон, занимаемый сигналом, очень широк по сравнению с другими сигналами. Это требует пропускной способности более чем в 10 раз. Из-за этой разницы разработанная до сих пор технология измерения биосигналов позволяла регистрировать только определенный сигнал в стабильной среде практически без шума. Было трудно расширить или применить его к другим технологическим областям.

В этих условиях группа профессора Ли Чжон Хюпа успешно разработала систему преобразования аналоговых сигналов в цифровые, способную измерять все биоэлектрические сигналы даже в очень плохих условиях, когда помехи от электрической стимуляции в десятки тысяч раз превышают измеренный сигнал и артефакты движения, которые могут быть вызваны движением объекта. Поскольку система разработана с использованием полупроводниковых интегральных схем, она обладает сверхнизким энергопотреблением, компактна и универсальна, что делает ее очень простой в применении.

Группа профессора Ли Чжон Хюпа предложила технологию схемы с низким уровнем шума и высокой линейностью, основанную на технологии преобразования дельта-сигма с непрерывным временем. Кроме того, команда разработала схемотехнику для увеличения входного импеданса, устойчивую к паразитным компонентам.

Профессор кафедры электротехники и компьютерных наук DGIST Ли Чон Хюп сказал: «Эта технология может оказать большую помощь в миниатюризации и повышении производительности существующих медицинских устройств, позволяя точно измерять различные биосигналы с Система с одной полупроводниковой ИС (интегральной схемой). Она может применяться в различных приложениях, таких как интерфейс мозг-машина следующего поколения, микроносимые диагностические устройства и электронная медицина, которые привлекают огромное внимание как технологии будущего».