신호 처리 작동 방식
신호란 무엇입니까?
신호는 값 또는 시간 경과에 따른 변화에 정보가 포함된 모든 물리적 변수입니다. 이 정보는 음성 및 음악이나 공기 온도나 실내 조명과 같은 물리량과 관련될 수 있습니다. 전기 시스템에서 정보를 전달할 수 있는 물리적 변수는 다음과 같습니다. 전압 및 전류.
이 기사에서 "신호"는 주로 전압 또는 전류를 의미합니다. 그러나 여기에서 논의된 대부분의 개념은 다른 변수가 정보 매체가 될 수 있는 시스템에 대해 유효합니다. 따라서 기계 시스템(변수 - 힘 및 속도) 또는 유압 시스템(변수 - 압력 및 흐름)의 거동은 종종 등가의 전기 시스템으로 표현될 수 있습니다. 따라서 전기 시스템의 동작을 이해하는 것은 훨씬 더 광범위한 현상을 이해하기 위한 기초를 제공합니다.
아날로그 및 디지털 신호
신호는 두 가지 형태로 정보를 전달할 수 있습니다. 아날로그 신호 전압 또는 전류 시간의 지속적인 변화 형태로 정보를 전달합니다. 아날로그 신호의 예는 다음에 의해 생성된 전압입니다. 열전대 접합부에서다른 온도에서. 접점 사이의 온도 차이가 변하면 열전대 양단의 전압이 변합니다. 따라서 전압은 온도 차이의 아날로그 표현을 제공합니다.
열전대 - 구리와 콘스탄탄과 같은 두 가지 다른 금속의 화합물. 두 접점에서 생성된 전압은 둘 사이의 온도 차이를 측정하는 데 사용됩니다.
또 다른 종류의 신호입니다. 디지털 신호… 두 개의 개별 필드에서 값을 취할 수 있습니다. 이러한 신호는 켜짐/꺼짐 또는 예-아니오 정보를 나타내는 데 사용됩니다.
예를 들어 가정용 온도 조절기는 디지털 신호를 생성하여 히터를 제어합니다. 실내 온도가 미리 설정된 값 아래로 떨어지면 온도 조절기 스위치가 접점을 닫고 히터를 켭니다. 실내 온도가 충분히 높으면 스위치가 히터를 끕니다. 스위치를 통과하는 전류는 온도 변화의 디지털 표현을 제공합니다. 켜짐은 너무 차갑고 꺼짐은 너무 따뜻합니다.
쌀. 1. 아날로그 및 디지털 신호
신호 처리 시스템
신호 처리 시스템은 입력 신호(또는 입력 신호 그룹)를 받아들이고 정보를 추출하거나 품질을 향상시키기 위해 특정 방식으로 신호에 작용하고 출력에 정보를 표시할 수 있는 상호 연결된 구성 요소 및 장치의 집합입니다. 적절한 형태와 적절한 시기에.
물리적 시스템의 많은 전기 신호는 센서… 우리는 이미 아날로그 센서인 열전쌍의 예를 설명했습니다. 온도차(물리적 변수)를 전압(전기적 변수)으로 변환합니다. 일반적으로 센서 — 물리적 또는 기계적 양을 동등한 전압 또는 전류 신호로 변환하는 장치. 그러나 열전쌍과 달리 대부분의 센서는 작동하기 위해 어떤 형태의 전기 여기가 필요합니다.
시스템 출력에서 신호 선택은 입력 신호에 포함된 정보가 사용되는 방법에 따라 다양한 형태로 수행될 수 있습니다. 정보는 아날로그 형식(예: 화살표 위치가 관심 변수의 값을 나타내는 장치 사용) 또는 디지털 형식(숫자를 표시하는 디스플레이의 디지털 요소 시스템 사용)으로 표시될 수 있습니다. 우리에 대한 관심의 가치에 해당).
다른 가능성은 출력 신호를 사운드 에너지(확성기)로 변환하거나 다른 시스템의 입력 신호로 사용하거나 제어용으로 사용하는 것입니다. 이러한 사례 중 일부를 설명하기 위해 몇 가지 예를 살펴보겠습니다.
의사 소통 시스템
입력 신호가 음성, 음악 또는 한 위치에서 생성되고 원래 입력 신호를 정확하게 복구하기 위해 장거리에 걸쳐 안정적으로 전송되는 일종의 데이터인 통신 시스템을 고려하십시오.
예를 들어, 도 2는 종래의 진폭 변조(AM) 방송 시스템의 개략도이다.AM 변조에서 무선 주파수 신호의 진폭(peak-to-peak)은 저주파 신호(음향 주파수에 해당하는 오디오 신호)의 크기에 따라 변경됩니다.
쌀. 2. 진폭변조를 이용한 방송통신시스템
AM 라디오 방송 시스템의 송신기는 입력 장치(마이크)에서 입력 신호를 수신하고 이 신호를 사용하여 무선 주파수 신호의 진폭(각 라디오 방송국에는 고유한 무선 주파수가 있음)과 무선 주파수 전류를 제어합니다. 우주로 방출되는 전자기파를 생성하는 출력 장치(안테나)를 구동합니다.
수신 시스템은 입력 장치(안테나), 프로세서(수신기) 및 출력 장치(확성기)로 구성됩니다. 수신기는 안테나에서 수신한 상대적으로 약한 신호를 증폭(강하게)하고, 다른 모든 송신기의 신호에서 원하는 무선 주파수의 신호를 선택하고, 무선 주파수 신호의 진폭 변화를 기반으로 오디오 신호를 재구성하고, 이 오디오 신호로 스피커를 자극합니다.
측정 시스템
측정 시스템의 임무는 특정 물리적 시스템의 동작에 대한 관련 센서로부터 정보를 수신하고 이 정보를 등록하는 것입니다. 이러한 시스템의 예는 디지털 온도계입니다(그림 3).
쌀. 3. 디지털 온도계의 기능도
두 개의 열전대 연결 - 하나는 온도를 측정할 신체와 열 접촉하고 다른 하나는 얼음 용기에 담근다(안정적인 기준점을 얻기 위해) - 신체와 얼음 사이의 온도 차이에 따라 전압을 생성합니다. . 이 전압은 프로세서에 공급됩니다.
열전대 전압은 온도 차이에 정확히 비례하지 않기 때문에 엄격한 비례를 얻기 위해 약간의 보정이 필요합니다. 수정 진행 중 선형화 장치… 열전쌍의 아날로그 전압은 먼저 증폭(즉, 더 많이)한 다음 선형화 및 디지털화됩니다. 마지막으로 온도계의 출력 장치로 사용되는 디지털 디스플레이 레지스터에 나타납니다.
통신 시스템의 주요 작업이 소스 신호의 올바른 복사본을 전송하는 것이라면 측정 시스템의 주요 작업은 수치적으로 올바른 데이터를 얻는 것입니다. 따라서 처리의 모든 단계에서 신호를 왜곡할 수 있는 작은 오류라도 감지하고 제거하는 것이 측정 시스템에 특히 중요할 것으로 예상됩니다.
피드백 제어 시스템
이제 출력의 정보가 시스템을 제어하는 신호를 변경하는 피드백 제어 시스템을 고려하십시오.
그림 4는 실내 온도를 유지하는 데 사용되는 온도 조절기의 다이어그램을 보여줍니다. 시스템에는 실내 온도를 결정하기 위한 입력 장치가 포함되어 있습니다(보통 이 바이메탈 스트립온도가 변할 때 휘어지는), 원하는 온도를 설정하는 메커니즘(메인 다이얼) 및 바이메탈 릴레이로 작동되는 기계식 스위치와 히터를 제어하는 메커니즘.
쌀. 4. 폐쇄 루프 제어 시스템의 예
실제로 스위치 외에 전기적 요소가 없는 이 간단한 시스템을 예로 사용하여 다음을 고려하십시오. 피드백 개념… 그림의 피드백 라인을 가정합니다.3이 고장났습니다. 즉, 히터를 켜고 끄는 메커니즘이 없습니다. 그런 다음 실내 온도는 특정 최대값(히터의 지속적인 포함에 해당)으로 상승하거나 특정 최소값(히터가 항상 꺼져 있다는 사실에 해당)으로 떨어집니다.
최고 온도에서 너무 뜨겁고 최저 온도에서 너무 차갑다고 가정합니다. 이 경우 히터를 켜고 끄기 위해 일부 «제어 장치»가 제공되어야 합니다.
그러한 «제어 장치»는 추울 때 히터를 켜고 뜨거워지면 끄는 사람일 수 있습니다. 이미 이 수준에서 시스템(면과 함께)은 출력 신호(실내 온도)에 대한 정보가 제어 신호를 변경(히터 켜기 및 끄기)하는 데 사용되기 때문에 폐쇄 루프 제어 시스템입니다.
온도 조절기는 인간이 하는 일을 자동으로 수행합니다. 즉, 온도가 설정점 아래로 떨어지면 히터를 켜고 그렇지 않으면 끄는 것입니다. 신호 처리가 수행되는 시스템을 포함하여 다른 많은 피드백 시스템이 있습니다. 전자 기기 사용.