Преобразование сигналов электронными системами

Для полного определения свойств сигнала необходимо знать не только его длительность, ширину спектра и динамический диапазон, но и его среднюю мощность, а также ее отношение к средней мощности мешающих сигналов и помех:

Этот параметр, называемый превышением, — один из основных критериев возможности правильного выделения информации из сигнала. Произведение эффективной ширины спектра, длительности и превышения принято называть объемом сигнала:

В общем случае, чем больше объем сигнала, тем больше информации он переносит. При преобразовании сигналов их объем не должен изменяться, иначе возможна утрата части информации. При сохранении объема сигнала неизменным допустимы изменения его отдельных параметров: изменение длительности, сопровождаемое изменением ширины спектра; перенос сигнала, но спектру; изменение начального энергетического уровня и превышения.

Все возможные виды преобразований сигналов можно разделить на линейные и нелинейные аналоговые преобразования, дискретные и дискретно-аналоговые преобразования.

В первом случае при любых преобразованиях сигнала, в том числе и изменении его физического носителя (звук, электрический ток, свет и т. д.), сохраняется непрерывность изменения как по величине, так и во времени.

При дискретных преобразованиях сигнал может изменяться лишь дискретно: по величине (при этом во времени изменение непрерывно); во времени (при этом изменение величины происходит непрерывно); одновременно и по величине, и во времени.

Дискретно-аналоговые преобразования используют при преобразовании дискретного сигнала в непрерывную, аналоговую форму.

Электронная система обычно выполняется в виде соединения различных элементов: резисторов, конденсаторов, катушек индуктивности, интегральных микросхем, транзисторов, электронных ламп, трансформаторов и т. д. Отдельные элементы объединяются в функциональные узлы, выполняющие заданные операции над преобразуемым сигналом. При этом характеристики реальных функциональных узлов таковы, что практически ни одна операция не выполняется строго. Поэтому преобразованный сигнал на выходе не является следствием только выполнения заданных операций, а отражает в своей структуре и реальные преобразующие свойства отдельных функциональных узлов.

По виду зависимости между токами и напряжениями (вольт-амперных характеристик) электронные системы делятся на линейные и нелинейные. Система считается линейной, если ее параметры постоянны и не зависят от действующих в ней напряжений и токов. Абсолютно линейных систем не существует — реальные системы линейны лишь в ограниченном интервале значений напряжений и токов. Если зависимость между напряжением и током выражается нелинейными уравнениями и параметры существенно зависят от значений тока и напряжения, то систему принято называть нелинейной. К параметрическим относятся системы, свойства которых изменяются во времени по некоторому заданному закону.