Аналоговый сигнал. Классификация аналоговых устройств
Аналоговое устройство – это устройство, которое предназначено для работы с аналоговыми сигналами.
Аналоговый сигнал – это сигнал, у которого каждый параметр может быть описан функцией времени и непрерывным множеством возможных значений.
Свойства аналоговых сигналов являются противоположностью свойствам цифровых и квантовых сигналов:
- Отсутствие избыточности. Из непрерывности пространства значений аналогового сигнала следует, что помеха, внесенная в него, будет неотличимой от сигнала, поэтому исходная амплитуда восстановлению не подлежит. Однако, на практике фильтрация возможна при помощи частотных методов, в том случае, когда известны дополнительные данные о свойствах сигнала (например, полоса частот).
- Отсутствие хорошо отличимых друг от друга дискретных уравнений сигнала, что является причиной невозможности применения для его описания понятия информации в таком виде, как оно понимается в современных цифровых технологиях.
В зависимости от области применения аналоговые устройства делятся на измерительные, телевизионные, радиовещательные, телефонные и т.п. Другими признаками их классификации потребляемая мощность и диапазон рабочих частот. В зависимости от объема и массы аналоговые устройства делятся на носимые, стационарные и бортовые. В зависимости от используемой элементной базы устройства аналоговой обработки сигналов делятся на транзисторные, интегральные и электровакуумные. Самыми перспективными являются аналоговые устройства на основе интегральных схем, которые отличаются экономичностью, высокой надежностью, небольшими массой и объемом. Аналоговые интегральные микросхемы делятся на следующие основные классы:
- Усилители. Данные устройства делятся на усилители высокой частоты, низкой частоты, операционные, импульсных сигналов, постоянного тока, широкополосные, повторители и т.п.
- Фильтры. Данные устройства делятся на фильтры высоких и низких частот, полосовые, режекторные и т.п.
- Преобразователи. Данные устройства делятся на преобразователи напряжения, мощности, цифро-аналоговые аналого-цифровые преобразователи, делители и умножители частоты, а также перемножители сигналов.
- Вторичные источники питания. Данные устройства делятся на выпрямители, стабилизаторы тока, стабилизаторы напряжения и т.п.
- Генераторы. Данные устройства делятся на генераторы гармонических сигналов, линейно изменяющихся сигналов, а также сигналов специальной формы.
- Ключи и коммутаторы. Данные устройства делятся на ключи и коммутаторы электрического тока и напряжения.
Усилители
Усилители предназначены для усиления электрических сигналов. Пример структурной схемы усилителя изображен на рисунке ниже.
Рисунок 1. Структурная схема усилителя. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Здесь: 1 - источник сигнала; 2 - входное устройство; 3 - предварительный усилитель; 4 - усилитель мощности; 5 - выходное устройство; 6 - нагрузка; 7 - источник питания.
Входное устройство передает сигнал от его источника ко входу первого каскада. Оно используется, когда невозможно непосредственное подключения источника сигнала ко входу усилителя или это является нецелесообразным. Как правило, входное устройство выполняется в виде трансформатора, либо RC-цепочки, которые могут предотвращать прохождение постоянной составляющей электрического тока от источника сигнала к усилителю или в обратном направлении.
RC-цепочка – это цепь, которая состоит из резистора и конденсатора.
Предварительный усилитель может состоять из одного или нескольких каскадов усиления. Он предназначен для усиления входного сигнала до величины, которая необходима для нормальной работы усилителя мощности, Чаще всего в качестве предварительного усилителя применяется усилитель напряжения, построенный на транзисторах. Предназначение усилителя мощности заключается в передаче в нагрузку сигнала достаточной мощности. В зависимости от отдаваемой мощности данный элемент может состоять из одного или нескольких усилительных каскадов. Выходное устройство необходимо для передачи усиленного сигнала из выходной цепи усилителя мощности в нагрузку. Данное устройство используется в том случае, когда непосредственное подключение нагрузки к усилителю мощности нецелесообразно или невозможно. В данном случае функции выходного устройства могут выполнять трансформатор или конденсатор, которые не пропускают постоянную составляющую электрического тока с выхода усилителя в нагрузку. Если используется трансформатор, то добиваются согласования выходного сопротивления усилителя и нагрузки, чтобы достичь максимального значения коэффициента полезного действия, а также малых нелинейных искажений. В усилителях, построенных на основе интегральных схем, стараются не использовать трансформаторы из-за их больших габаритов и трудностей изготовления. Источником питания обеспечивается питание активных составляющих усилителя.
