Основы электронной техники (стр. 15 )

Ключ замкнут (лампа горит) соответствует «Да».

Ключ разомкнут (лампа не горит) соответствует «Нет».

Если эта информация передается каждую секунду, то лампа будет пе­реходить из состояния «Да» в состояние «Нет» каждую секунду. Форма сигнала, передаваемого по линии, показана на рис. 13.2(а). Частота пе­редачи в данном случае равна 1 Гц.

Если увеличить частоту передачи информации («Вкл.» и «Выкл.» или «Да» и «Нет») до 10 раз в секунду, то передаваемый сигнал будет со­вершать 10 полных циклов за секунду (рис. 13.2(б)) и частота его будет равна 10 Гц. Если информация может изменяться от 1 до 10 раз («Да» и «Нет») в секунду, то частота ее передачи должна изменяться от 1 до 10 Гц. Тогда система передачи применительно к этому случаю должна иметь частотный диапазон в интервале от 1 до 10 Гц. Этот интервал называется шириной полосы передачи системы.

Рис. 13.1. Простейшая система Рис. 13.2.

электрической связи.

Итак, ширина полосы частот зависит от количества (объема) и скоро­сти изменения информации. Для передачи большего объема информации необходима большая ширина полосы. Поэтому система с заданной шири­ной полосы частот может обрабатывать только тот объем информации, который соответствует ее ширине полосы. В нашем примере, если ширина полосы ограничена частотой 10 Гц, то количество информации, которое может быть передано, ограничено десятью «Да» и десятью «Нет».

В реальных системах из соображений снижения затрат ширину по­лосы ограничивают значением, при котором информация передается еще без искажения. Например, канал, имеющий ширину полосы 300 Гц, будет занимать столько же места в эфире (пространство частот), сколько за­нимают три канала, имеющие ширину полосы по 100 Гц. Следовательно, система с более узкой полосой более экономична.

Телефонная связь

В основу телефонной связи положен принцип наложения сигнала звуко­вой частоты на не изменяющееся напряжение. На рис. 13.3 изображена простая блок-схема телефонной системы.

Звуковые волны в микрофоне преобразуются в электрические колеба­ния. Телефонная линия находится под постоянным напряжением 50 В. На это напряжение накладывается напряжение переменного тока, вы­рабатываемое микрофоном (нижний рисунок). Промежуточные усилите­ли, или повторители, восстанавливают форму телефонного сигнала, иска­женного или ослабленного влиянием сопротивления телефонной линии. В зависимости от протяженности линии устанавливается один или более

Рис. .13.4. Блок-схема телефонной системы.

промежуточных усилителей. На приемном конце звуковой сигнал восста­навливается с помощью громкоговорителя.

Телефонные системы имеют ширину полосы в диапазоне от 300 до 3400 Гц, т. е. 3,1 кГц. Это составляет лишь малую долю от полного диапазона звуковых частот 20 - 20000 Гц и является одной из причин плохого качества звука, который мы слышим при разговоре по телефо­ну. Однако для получения удовлетворительной разборчивости речи этого достаточно.

Телеграфная связь

На рис. 13.4 дана упрощенная блок-схема телеграфной системы. При за­мыкании и размыкании ключа на передатчике по линии связи передаются последовательности импульсов, под действием которых срабатывает реле на приемном конце.

Реле может управлять переключателем или лампой. Передаваемые сигналы представляют собой последовательность чередующихся импульсов (меток) и пауз между ними. Каждой букве алфавита соответству­ет свой набор меток и пауз согласно выбранному коду (например, коду Морзе).

Телеграфные системы связи являются сравнительно медленными и дешевыми: ширина полосы не более 120 Гц, следовательно, в одном телефонном канале можно разместить 25 телеграфных каналов:

Ширина полосы телефонной системы

———————————————— = 3000/120 = 25.

Ширина полосы телеграфной системы

Для отделения одного канала от другого требуется система фильтров.

Рис. 13.4. Упрощенная блок-схема телеграммной системы.

Модуляция

Информация может быть передана из точки А в точку В путем изменения формы сигнала переменного тока. Для этого подлежащую передаче информацию представляют в виде сигнала и с помощью этого сигнала вменяют какую-либо характеристику сигнала высокой частоты. Таким образом, информационный сигнал оказывается заключенным в высокочастотный сигнал. Этот процесс называется модуляцией,

Высокочастотный сигнал называется несущей, а после модуляции — модулированной несущей. При применении модуляции информационный сигнал не передается непосредственно, а «переносится» с помощью несу­щей.

Демодуляция

На приемном конце информационный сигнал выделяют из модулированной несущей, чтобы восстановить исходный сигнал. Этот процесс называется демодуляцией или детектированием.

Виды модуляции

Все известные виды модуляции объединяются в группы в зависимости от того, какую характеристику несущей изменяет информационный сигн­ал. Например, если в соответствии с сигналом изменяется амплитуда несущей, то такая модуляция называется амплитудной. Если же сигнал воздействует на частоту несущей, то модуляция называется частотной, и т. д. Подробнее различные виды модуляции будут рассмотрены в следующих главах.

Радиосвязь

Радиосвязью называется беспроводная передача сигнала с помощью электромагнитных волн, которые распространяются в пространстве со скоростью 3 · 108 м/с, т. е. со скоростью света.

На рис. 13.5 представлен частотный спектр электромагнитных волн. Видимый свет, к которому чувствителен глаз человека, занимает лишь узкую полосу в этом спектре. Подобно тому, как ухо воспринимает звуковые волны, так глаз воспринимает полосу электромагнитных волн, называемых световыми волнами. Вся гамма цветов, воспринимаемая человеком, создается различными частотами, лежащими в диапазоне световых волн.

Частоты, лежащие ниже 300000 МГц, называются радиочастотами и используются в качестве несущих в радиосвязи. Весь спектр радиоволн разделен на диапазоны, или полосы, как показано в таблице и на рис. 13.5. фи беспроводной или радиосвязи для передачи (излучения) и приема модулированных радиоволн применяются антенны.

Рис. 13.5. Частотный спектр электромагнитных волн.

ОНЧ (VLF) (очень низкие частоты)		Ниже 30 кГц
НЧ (LF) (низкие частоты)	ДВ (LW) (длинные волны)	30-300 кГц
СЧ (MF) (средние частоты)	СВ (MW) (средние волны)	300-3000 кГц
ВЧ (HF) (высокие частоты)	KB (SW) (короткие волны)	3000-30 000 кГц
ОВЧ (VHF) (очень высокие частоты)		30-300 МГц
УВЧ (UHF) (ультравысокие частоты)		300-3000 МГц
СВЧ (SHF) (сверхвысокие частоты)		3000-30 000 МГц
КВЧ (EHF) (крайне высокие частоты)		30 000-300 000 МГц

14

Амплитудная модуляция

Амплитудная модуляция (AM) — наиболее распространенный тип мо­дуляции. В системе с AM амплитуда несущей изменяется в соответ­ствии с изменением сигнала или информации (рис. 14.1). В отсутствие сигнала амплитуда несущей имеет постоянный уровень, как показано на рис. 14.1(б). При модуляции синусоидальным сигналом амплитуда несу­щей увеличивается или уменьшается относительно своего немодулирован­ного уровня по синусоидальному закону в соответствии с нарастанием или спаданием модулирующего сигнала. Чем больше амплитуда модулирую­щего сигнала, тем сильнее изменяется амплитуда несущей. Амплитудно-модулированная несущая (рис. 14.1(в)) имеет огибающую, в точности по­вторяющую форму модулирующего сигнала, и при демодуляции именно эта огибающая выделяется как полезный сигнал.

Глубина модуляции

Отношение амплитуды модулирующего сигнала к амплитуде несущей на­зывается глубиной или коэффициентом модуляции. Она определяет меру изменения уровня несущей при модуляции. Глубина модуляции всегда выражается в процентах, и поэтому о ней говорят как о «процентной» модуляции.

Амплитуда сигнала

Глубина модуляции = ——————————— · 100%

Амплитуда несущей

(см. рис. 14.1). Например, если амплитуда сигнала равна 1 В, а амплиту­да несущей — 2 В, то глубина модуляции составляет (1 В)/(2 В) · 100% = 50%. Такую глубину модуляции имеет АМ-несущая, показанная на рис. 14.1.

Рис. 14.1. Амплитудная модуляция (глубина модуляции 50%);

(а) сигнал; (б) несущая; (в) модулированная несущая.

Перемодуляция

На рис. 14.2(а) показана АМ-несущая со 100%-ной глубиной модуля­ции. Глубина модуляции, превышающая 100%, приводит к искажени­ям (рис. 14.2(б)). По этой причине глубину модуляции ограничивают. Например, при передачах радиостанции Би-би-си она ограничена величи­ной 80%.

Рис. 14.2. (а) Модуляция 100%; (б) перемодуляция.

Боковые частоты

Можно показать, что амплитудно-модулированная несущая состоит из трех гармонических (синусоидальных) компонент с постоянными ампли­тудами и разными частотами. Этими тремя компонентами являются: са­ма несущая и два сигнала боковых частот f1 и f2. Каждый модулирую­щий гармонический сигнал порождает две боковые частоты. Пусть fs – частота модулирующего сигнала и fc – частота несущей, тогда

f1 = fc – fs, f2 = fc + fs,

где f1 и f2 – так называемые нижняя боковая и верхняя боковая частоты соответственно. Например, если частота несущей равна 100 кГц, а частота сигнала — 1 кГц, то