Сигнал о некоторых понятиях кибернетики - Полетаев И.А.
Скачать (прямая ссылка):
ill
Рис. 5.9. Движение системы,
обладающей инерцией, под
действием внешней силы.
/ — внешнее воздействие; 2, 3 — раз* личные типы движения.
механической системы (т. е. свойству деформироваться под действием внешней силы) соответствует емкость электрической системы и акустическая емкость. Силе трения соответствует электрическое и акустическое сопротивление.
Аналогия между механическими, электрическими и акустическими явлениями может быть прослежена очень далеко. Многие сложные механические системы можно повторить или «моделировать» электрически и наоборот. Явле-
Рнс. 5.10. Линейные искажения сигнала. а) входной сигнал; б, в) искаженный сигнал па выходе.
ния инерционности проявляются при передаче сигналов принципиально одинаково в любой системе связи, независимо от ее природы, и поэтому могут рассматриваться с единой точки зрения.
Наличие инерционности ведет к тому, что сигнал, приложенный ко входу системы, оказывается искаженным на ее выходе. Прямоугольный импульс растягивается и изменяет форму. При этом характер искажений однозначно и закономерно определяется устройством и характеристиками системы. Один и тот же сигнал всегда искажается одинаково. Эти искажения в корне отличны от тех, которые вносятся шумами.
Таким образом, если знать устройство системы или ее характеристики, то в принципе возможно по искаженному сигналу восстановить точный вид сигнала, поступившего
112
на вход. Практически же для такого «восстановления» нужно измерять сигнал с очень большой точностью, что бывает невозможно из-за присутствия шумов.
Спектр и полоса пропускания
Можио подойти к изучению свойств физических систем с иной точки зрения, рассматривая ие реакцию системы на изменения входного сигнала, а установившееся
Ряс. 5.11. Резонансные кривые.
а) резонансная крввйя (отмечена полоса пропускания), б) резонансные крякв* яр» различных добротностях контура, в) последовательный контур, *) резонансные
кривые сложных систем.
состояние — величину сигнала на выходе по прошествии достаточно долгого времени после изменения сигнала на входе.
Подавая на вход электрической цепи, изображенной на рис. 5.11,в, синусоидальное напряжение, мы получим иа выходе, спустя некоторое время, достаточное для затухания переходных процессов, также синусоидальное напряжение некоторой амплитуды Лшых. Изменяя частоту входного напряжения и сохраняя постоянной его амплитуду,
Ь И. А. Полетаев 113
мы заметим, что амплитуда установившегося выходного напряжения изменяется в зависимости от частоты. В некоторых случаях напряжение на выходе может превышать напряжение на входе, в иных же — будет меньше него. Зависимость амплитуды выходного напряжения от частоты, изображенная графически, представляет собой кривую с максимумом и называется «резонансной кривой» или частотной характеристикой цепи. Максимум резонансной кривой может быть выше или ниже в зависимости от соотношения индуктивности, емкости и сопротивления контура (добротности контура Q*). Добротность контура, а с нею и величина максимума на резонансной кривой, тем выше, чем меньше потери в контуре, т. е. чем меньше сопротивление, включенное последовательно с индуктивностью и емкостью (или проводимость, включенная параллельно им).
Если на резонансной кривой отметить точки, лежащие справа и слева от максимума, для которых амплитуда выходного напряжения меньше максимальной в \jV~2 раза (т. е. мощность колебаний вдвое меньше, чем в максимуме кривой, так как мощность пропорциональна квадрату амплитуды), и отметить соответствующие этим точкам частоты f\ и /2, то разность этих частот /2—f\ — Af, называемая полосой пропускания цепи, окажется также зависящей от добротности: чем выше добротность, тем меньше полоса пропускания. Система с высокой добротностью резко различает частоты, она дает сильную реакцию на колебания с частотой, близкой к резонансу, и слабую — на другие частоты. Такую систему называют «узкополосной». В противоположность этому широкополосные системы имеют размытую резонансную кривую, характерную для низкой добротности, и реагируют на колебания с заметно отличающимися частотами почти одинаково.
Реакция системы на изменение входного напряжения, т. е. переходный процесс в системе, полностью определяется формой резонансной кривой и полосой пропускания. Узкополосные системы обладают большой инерционностью и реагируют медленно, широкополосные — обладают малой инерционностью и реагируют быстро. Если подать на вход цепи напряжение, которое иЗхменяется скачком, то выходное напряжение будет возрастать лишь постепенно.
* Добротностью контура Q=(nL/R называется величина, обратная затуханию a; Q=Va. Чем меньше добротность, тем большая доля энергии, запасенной в контуре, рассеивается за один пориод колебаиня.
114
Время, в течение которого выходное напряжение достигает 63% от установившегося значения (0,63 о* 1—1/е), называется постоянной времени цепи. Величина постоянной времени обратно пропорциональна ширине полосы пропускания.
