Сигналдардың берілуі

Кіріспе

 

 

Бұл тәжірибелік есепте менің басты мақсатым, дабылдардың түрлену әдістерін зерттеп, қарастыру. Ең алдымен «дабыл дегеніміз не?» - деген сұраққа жауап беріп көрейік. Сигнал (французша – Signal — белгі) – қандайда, оқиға, құбылыс  нысананың  күйі жөніндегі    хабарды   тасымалдаушы, не  басқару командасын, хабарландыруды тағы  басқа, жеткізуші физикалық процесс немесе  құбылыс.

Сандық өлшеу аспаптары – үздіксіз (аналогты) кіру сигналын дискретті шығу сигналына түрлендіріп, көрсетулерін алу құрылғысында сандық қатары түрінде көрсететін өлшеу аспабы. Ақпарат алып жүруге арналған осындай дискретті сигналдар жүйесі код деп аталады. Сигналдың аналогты түрін сандық түрге түрлендіру үрдісі аналогты сандық түрлендіру, ал мұндай түрлендіруді жасайтын түрлендіргіш аналогты – сандық түрлендіргіш (АСТ) деп аталады.

Сандық аспаптар – бұл әрекет принципі өлшенетін немесе оған пропорционалды шамаларды кванттауға негізделген аспаптар. Мұндай аспаптардың көрсеткіштері сандық түрде беріледі. Кванттау операциясының бар болуы сандық аспаптарда аналогты аспаптармен салыстырғанда метрологиялық сипаттамаларын таңап алу әдісі, талдау, бейнелеу және мөлшерлеу сияқты елеулі айырмашылықтарын тудыратын ерекше қасиеттерінің пайда болуына алып келеді.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 Сигналдардың берілуі

1. Сигналдың түрлері

 

Сигнал (лат. signum — белгі) — берілген хабарды тасымалдайтын(алып жүретін) физикалық процесс.

Электр сигналы дегеніміз — параметрлері берілетін хабар заңдылығымен өзгеретін электр тоғы немесе электр кернеуі. Телекоммуникация саласында сигнал электр сигналы түрінде қолданылады. Сигнал өзінің табиғатына қарай :

1. механикалық (деформация,  P-ның өзгеруі);
2. жылулық (температураның  өзгеруі);
3. жарықтық (жарқыл көзге көрінбеитін бейне);
4. электрлік (U-ң,  I- ң өзгеруі);
5. электромагниттік (радиотолқындар);
6. дыбыстық (акустик, тербелістер т.б).

 

Жиілік, амплитуда, фазаның  өзгеруі  арқылы  үздіксіз сигналдың  диспретті  сигналдарға  түрленуі сигналдың  квантталуы  деп аталады.  Сигнал ұғымы алғаш рет кибернетикада  тұжырымдалды.

Сигналдың түрлері:аналогты (үздіксіз),  дискретті (үздікті) болып келеді. Телеграф сигналы - дискретті, дауыс сигналы – аналогты болады.

Адам сөйлегенде  дауыс  жилігі  80Гц – тен 12 000Гц, ал есту  мүмкіншілігі 16Гц – тен 20 000Гц аясында болады. Дауыс сигналын байланыс жолымен тарату үшін оның  жиілік  аясы     300Гц – тен 3400Гц – ке дейін    болғанда,  сөйлеген  дыбыс деңгейінің  90%, ал сөздің есту анықтылығы  99% табиғи  үнін сақтайды.

 

2. Аналогты және цифрлық сигналдармен хабар таратудың ерекшеліктері

 

Телеграф  алғашқы күннен бастап  цифрмен жұмыс істеді. Алғашқы  телеграфта пайдаланылған  МОРЗЕ әліппесінде «нүкте» мен «сызықша» белгілері  кейіннен екі цифрлы «0» мен «1» — ге аусты. Телефонмен  байланыс  көпке дейін аналогты басып келеді. Аналогты жүйенің  уақыт сұранысын  қанағаттандыра алмауы жаңа цифрдық  технологиялық өркендеуіне жол ашты. Төменде аналогты және цифрлық сигналдармен хабар таратудың салыстрмалы кейбір ерекшеліктері көрсетілген:

Аналогты сигнал:

1. Формасы күрделі
2. Бұрмаланған аналогты сигналды түзету қиын, көп жағдайда мүмкін емес
3. Байланыс жолында әлсіреген аналогты сигналдар алғашқы қалпына келтірмей тек күшейтуге      болады.
4. Байланыс арнасын тығыздау мен топтау жиілікпен анықталады.
5. Көпшілікке көрсететін қызметі шектеулі.
6. Жылдамдығы Гц-пен есептеледі.
7. Элементтік базалары күрделі.

Цифрлық сигнал:

1. Көбінесе 2-3 деңгейлі.
2. Қатесін табуға және оны түзетуге болады.
3. Байланыс жолында әлсіреген  цифрлық сигналдарды алғашқы қалпына келтіріп,сонан кейін күшейтуге болады.
4. Байланыс арнасын тығыздау мен топтау уақытпен орындалады.
5. Көрсететін қызметі әртүрлі.
6. Жылдамдығы есептеледі.
7. Интегралды микросхемаларды пайдалану мүкіншілі жоғары. Байланыс жолында әлсіреген  цифрлық  сигналдарды алғашқы қалпына келтіріп, кейін күшейтуге болады.

 

3. Цифрлық тарату

 

Цифрлап тарату жүйесінің жұмыс тәртібін айтып кетсек. Микрофоннан алынатын дауыс сигналы аналогы, сондықтан ол аналогты цифрға түрлендіруші (АЦК)   құрылғанда  цифрланып, таратушы  арқылы байланыс жолымен  қабылдаушы құрылғыда келеді. Сонан кейін кері кодтаушы және цифрды аналогқа түрлендіруші (ЦАТ) құрылғанда, цифрлық сигнал қайтадан аналогқа түрлендіріп, тұтынушыға беріледі.

Байланыста сөйлесу сапасын сақтау үшін анологты дауыс сигналы 300 Гц — тен  3400 Гц — ке дейінгі жиілік аясында таратылса, цифрлық дауыс сигналы  64Кбайт/сек жылдамдықпен таралады, бұл арна негізгі цифрлық арна деп аталады. Аналогты дауыс сигналын цифрлық сигналға  түрлендіру импульсі кодтық модуляция деп аталады. Дауыс сигналын тарату үшін А.Ризе жүйесін пайдалану мүмкіншілігі 1937 жылы француз ұсынған болатын. ИКМ жүйесі 1940 жылдары  радиолакация саласында қарқынды дамыды. Алайда цифрлық технологияның баяу даму салаларынан оның бұқаралық байланыс саласында пайдалану  мүмкіншілігі шектеулі болды.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 Сандық өлшеу аспабының жалпы құрылымдық схемасы

 

 

Сандық аспаптар – бұл әрекет принциптері өлшенетін немесе оған пропорционалды шаманы кванттауға негізделген аспаптар. Мұндай аспаптардын көрсеткіштері сан түрінде беріледі. Кванттау операциясының болуы сандық аспаптарда аналогты аспаптармен салыстырғанда метрологиялық сипаттамаларды таңдап алу, талдау, жазу және мөлшерлеудің әртүрлі әдістерін тудыратын өзіне тән қасиеттердің пайда болуына әкеледі.

Өлшенетін Х физикалық шама КПП түрлендіру коэффициенті бар алғашқы өлшеу түрлендіргішіне (ӨТ) әсер етеді. Ол Х шамасын негізінен оның орнына кернеу пайдаланылатын электр сигналын түрлендіреді. Қарастырылған жағдайда u = KПП X. Бұл кернеу өз кезегінде сандық аспаптың өлшеу шектерін өзгертуге қажетті масштабты өлшеу аспабына (МА) түседі. Ол өлшеу диапазонының әртүрлі сандарын қабылдай алады: 1 ден NП – ге дейін. Өлшенетін Х шамасының өзгеру диапазоны NП ішкідиапазондарға бөлінеді: Х1 min,…, X1 max; X2 min,…, X2 max; …; XNпmin,..., ХNпmax, мұндағы Хi min,…, Xi max – i-нші өлшеу диапазонының минималды және максималды нүктелері.

Өлшеу диапазондарының ішінен негізгісі және қосымшасы таңдап алынады. Негізгі деп өлшенетін шама аспаптың кірісінен САА (АЦП) – тың кірісіне дейінгі аспаптың кірісіне дейін жолындағы түрленудің ең кіші санына шыдайтын диапазонын айтады. Қалған барлық диапазондар қосымша болып саналады. Тәжірибеде негізгі диапазонды көрсетілген диапазоны белгілер бойынша көрсету мүмкін емес жағдайлар туады. Бұл жағдайда негізгісі ретінде ең кіші шектегі қателіктер бар диапазон таңдап алынады немесе келісім бойынша орнатылады.

 

 

х                                                                N                                               Y        

                                                              

Өлшеу            і=1;2;...;

       шектерінің 

өзгеруі

 

1 – сурет. Сандық өлшеу аспабының жалпы  құрылымдық схемасы

 

Масштабты түрлендіргіш кіріс кернеуді берілген Кі рет (і=1,2,…, NП) санға оның шығысындағы uн  сигналы нормаланған болу үшін, яғни оның мәндері берілген шектеуде болу үшін өзгертеді (көбейтеді немесе азайтады). Ереже бойынша, мөлшерленген кернеудің өзгеру шектерін АСА – тың кіріс сигналының өзгеруінің мүмкінді диапазонының үлкен бөлігімен өлшенетін сигналдың барлық мүмкін мәндерінде сәйкестендіруге тырысады. Бұл АСА енгізген қателіктерді азайтуға мүмкіндік береді.

Мөлшерленген uн= Ki KППХ кернеу АСА – да RАЦП  разрядты сандық кодқа түрленеді. АСА – да  uн кіріс сигналының анықталған, бірге фиксирленіп есептелген өзгеру диапазонына орындалады.

Сандық аспаптың маңызды сипаттамасы болып аналогты өлшенетін шаманы АСА – да қолданылатын өзінің сандық эквивалентіне түрлендіру әдісі саналады. Сандық өлшеу аспабының әрекет принципін оның құрамына кіретін АСА әрекет принципімен теңестіру қабылданған. Қазіргі уақытта СИ-де әртүрлі түрлендіру әдістері өңделген және қолданылады. Олардың негізгілеріне разрядты теңестіру (тізбектей жақындасу әдісі), екілі интегралдау және кернеуді жиілікке түрлендіру әдістері жатады.

АСА – ның түрлендіру теңдеуі жалпы жағдайда мына түрде беріледі

 

                                  N = int(un/q) = int[(КППКіХ)/q]                                                (1)

 

Алынған екілік сандық коды кодтарды түрлендіргішке (КТ) түседі. Ол АСА – ның шығысындағы сандық кодын сандық есептеу құрылғысымен (ЕҚ) “түсінікті” кодқа түрлендіру үшін қажет. Тәжірибеде ең жиі қолданылатыны екілік кодты екілік – ондық кодқа түрлендіру жатады.

Сандық өлшеу аспабының көмегімен өлшенетін шамалардың диапазоны әдетте кең болады және бірнеше диапазондарға бөлінеді. Өлшеу барысында қажетті диапазонды таңдау қолмен немесе автоматты түрде жасалады. Таңдалған диапазонда өлшеу әрқашан автоматты түрде жүреді.

Сандық өлшеу аспабы мен аналогты сандық түрлендіргішінің қателіктерін мөлшерлеу бірнеше әдістермен жасалады:

1. Келтірілген қателікті мөлшерлеу  арқылы;

2. Салыстырмалы қателікті мөлшерлеу  арқылы

 

δ = ± ( a + b∙x0/x) немесе δ = ± [c +d (xc/x - 1)]

 

мұнда a, b, c, d – тұрақты коэффициенттер;

  x0 – диапазонының соңғы мәні;

  x – аспап көрсетуі.

3. Абсолюттік қателіктің өлшеу  бірлігімен алынған шекті мәнін  беру арқылы.

 

2.1 Сандық өлшеу аспаптарының  негізгі сипаттамасы

 

Сандық өлшеу аспаптарының  негізгі сипаттамасына келесілер кіреді:

• қателіктері;
• өлшеу диапазоны;
• аспаптың кіріс кедергісі;
• сезімталдық сатысы;
• тезқимылды;
• бөгеуілге қарсы тұра алуы.

Сандық өлшеу аспаптарының  негізгі қателіктері келесі құраушылардан тұрады:

• дискреттілігі;
• дискреттілік деңгейінің құрылуы;
• сезімталдық сатысы.

Қателік қабылданғанғандардың квантталу деңгейінің нақты мәндеріне сәйкес келмеуіне байланысты пайда болады, себебі өлшенетін шама нақты мәндермен квантталады. Қателік сезімталдық сатысының болуы кезінде де пайда болады. Нақты аспапта қателіктер кездейсоқ өзгереді, сондықтан оларды  кездейсоқ шама ретінде санау қажет.

Сандық өлшеу аспаптарының  өлшеу диапазоны – өлшенетін шаманың мән аймағы. Егер сандық өлшеу аспабы кең көлемде өзгеретін шаманы өлшеуге арналған болса, онда дәл өлшеу мақсатында бірнеше диапазондар қарастырылған.

Сезімталдық сатысы – өлшенетін шаманың кіші өзгерісі. Ол аспап көрсеткішінің өзгерісін тудырады, кіші мәнді өлшеуде аспаптың мүмкіндігін сипаттайды.

Аспаптың кіріс кедергісі өлшенетін тізбектің энергиясына әсер етеді, соңында өлшеу нәтижесіне де әсер етеді.

Тезқимылды – бірлік уақытта өлшенетін шамамен орындалатын өлшеу саны.

Бөгеуілге қарсы тұра алауы сандық өлшеу аспаптарында бөгеуілді өшіру коэффициентімен сипатталады.

 

2.2 Сандық өлшеу аспаптарының классификациясы

 

Сандық өлшеу аспаптарының түрлері:

1. өлшенетін шама бойынша сандық өлшеу аспаптары вольтметрлер, вольтамперметрлер, омметрлер, вольтомметрлер, жиілікөлшегіштер, фазаөлшегіштер т.б. бөлінеді.
2. квантталу (кодтау) әдісі бойынша сандық өлшеу аспаптарын келесі түрде бөлуге болады:

• кеңістіктік квантталу аспабы;