Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Аналогты сигналды өңдеу – үздіксіз аналогты сигналдарды аналогты құралдармен жүзеге асырылатын сигнал өңдеу түрі (сигнал өңдеуді цифрлық процесс арқылы жүзеге асыратын дискретті цифрлық сигналды өңдеуден өзгеше). "Аналогты" термині математикалық жағынан үздіксіз мәндер жиынтығы ретінде көрсетілген нәрсені білдіреді. Бұл сигналды көрсету үшін дискретті шамалар тізбесін пайдаланатын "цифрлықтан" ерекшеленеді. Аналогтық мәндер әдетте электрондық құрылғылардың компоненттеріндегі кернеу, электр тогы немесе электр заряды түрінде бейнеленеді. Мұндай физикалық шамаларға әсер ететін қате немесе шу, сол физикалық шамалармен бейнеленген сигналдарда сәйкес қатеге алып келеді. Аналогты сигналды өңдеу мысалдарына динамиктердегі кроссоверлік сүзгілер, стереожүйелердегі "бас", "соқпақ" және "дыбыс деңгейі" реттегіштері, теледидарлардағы "түс" реттегіштері жатады. Көбінесе аналогты өңдеу элементтеріне конденсаторлар, резисторлар және индукторлар (пассивті элементтер ретінде) және транзисторлар немесе операциялық күшейткіштер (активті элементтер ретінде) кіреді.
Analog signal processing is a type of signal processing conducted on continuous analog signals by some analog means (as opposed to the discrete digital signal processing where the signal processing is carried out by a digital process). "Analog" indicates something that is mathematically represented as a set of continuous values. This differs from "digital" which uses a series of discrete quantities to represent signal. Analog values are typically represented as a voltage, electric current, or electric charge around components in the electronic devices. An error or noise affecting such physical quantities will result in a corresponding error in the signals represented by such physical quantities. Examples of analog signal processing include crossover filters in loudspeakers, "bass", "treble" and "volume" controls on stereos, and "tint" controls on TVs. Common analog processing elements include capacitors, resistors and inductors (as the passive elements) and transistors or opamps (as the active elements).
Аналогты сигналдарды өңдеуде қолданылатын құралдар
Жүйенің мінез-құлқы математикалық түрде модельделуі мүмкін және уақыт доменінде h(t) және жиілік доменінде H(s) ретінде көрсетіледі, мұнда s – s=a+ib немесе электр инженериясында s=a+jb түріндегі кешен сан (электр инженерлері ток айнымалысы i болғандықтан "i" орнына "j" қолданады). Кіріс сигналдары әдетте x(t) немесе X(s) деп, ал шығыс сигналдары y(t) немесе Y(s) деп аталады.
A system's behavior can be mathematically modeled and is represented in the time domain as h(t) and in the frequency domain as H(s), where s is a complex number in the form of s=a+ib, or s=a+jb in electrical engineering terms (electrical engineers use "j" instead of "i" because current is represented by the variable i). Input signals are usually called x(t) or X(s) and output signals are usually called y(t) or Y(s).
Конвольсия
Конвольция – сигналды өңдеудегі негізгі ұғым, ол кіріс сигналын жүйенің функциясымен үйлестіре отырып, шығыс сигналын табуға мүмкіндік береді. Бұл – екі толқын пішімінің көбейтіндісінің интегралы, біреуін кері бұрып, ығыстырғаннан кейін; конвольция белгісі – *. Бұл конвольциялық интеграл және сигнал мен жүйенің конвольциясын табу үшін қолданылады; әдетте a = ∞ және b = +∞. Екі толқын пішімі f және g қарастырайық. Конвольцияны есептеу арқылы, g функциясын x осі бойынша қаншалықты ығыстыру керек екенін анықтаймыз, сонда ғана ол f функциясына толық сәйкес келеді. Конвольция функциясы g функциясын ось бойымен кері бұрып, жылжытады және олардың (f және кері бұрылып, ығыстырылған g) көбейтіндісінің интегралын ығыстырудың әр мүмкін мөлшері үшін есептейді. Функциялар сәйкес келгенде (f*g) мәні максималды болады. Бұл оң аймақтардың (жоны) немесе теріс аймақтардың (төңкерістер) көбейтілуіне байланысты, олар интегралға үлес қосады.
Convolution is the basic concept in signal processing that states an input signal can be combined with the system's function to find the output signal. It is the integral of the product of two waveforms after one has reversed and shifted; the symbol for convolution is *. That is the convolution integral and is used to find the convolution of a signal and a system; typically a = ∞ and b = +∞. Consider two waveforms f and g. By calculating the convolution, we determine how much a reversed function g must be shifted along the x axis to become identical to function f. The convolution function essentially reverses and slides function g along the axis, and calculates the integral of their (f and the reversed and shifted g) product for each possible amount of sliding. When the functions match, the value of (f*g) is maximized. This occurs because when positive areas (peaks) or negative areas (troughs) are multiplied, they contribute to the integral.
Бөлшектік жер учаскелері
Бод графиктері – жүйенің амплитудасы жиілікке және фазасы жиілікке қарсы көрсетілген графиктері. Амплитуда осі [децибел] (дБ) бірлігімен өлшенеді. Фаза осі градустармен немесе радиандармен көрсетіледі. Жиілік осьтері логарифмдік шкала бойынша салынған. Бұл графиктің пайдасы бар, себебі синусоидтық сигнал енгізілгенде, шығыс сигнал кіріс сигналының жиіліктегі амплитуда графигінің мәніне көбейтіліп, содан соң сол жиіліктегі фаза графигінің мәніне сәйкес ығыстырылады.
Bode plots are plots of magnitude vs. frequency and phase vs. frequency for a system. The magnitude axis is in [Decibel] (dB). The phase axis is in either degrees or radians. The frequency axes are in a [logarithmic scale]. These are useful because for sinusoidal inputs, the output is the input multiplied by the value of the magnitude plot at the frequency and shifted by the value of the phase plot at the frequency.
Уақыт аумағы
Бұл көптеген адамдарға таныс домен. Уақыт доменіндегі график сигналдың амплитудасын уақытқа қатысты көрсетеді.
This is the domain that most people are familiar with. A plot in the time domain shows the amplitude of the signal with respect to time.
Жиілік доманы
Жиілік доменіндегі график сигналдың кез келген жиілігіндегі фазалық өзгерісін немесе амплитудасын көрсетеді. Бұлар уақыт сигналының Фурье түрлендірілісін есептеу арқылы табылады және Боде графигі сияқты салынады.
A plot in the frequency domain shows either the phase shift or magnitude of a signal at each frequency that it exists at. These can be found by taking the Fourier transform of a time signal and are plotted similarly to a bode plot.
Сигналдар
Кез келген сигнал аналогты сигнал өңдеуде пайдаланылуы мүмкін, бірақ өте жиі қолданылатын сигнал түрлері көп.
While any signal can be used in analog signal processing, there are many types of signals that are used very frequently.
Синусоидтар
Синусоидтар аналогты сигналдарды өңдеудің құрылыс бөлігі болып табылады. Нақты әлемдегі барлық сигналдарды Фурье қатары арқылы синусоидты функциялардың шексіз сомасы ретінде бейнелеуге болады. Синусоидты функция Эйлер формуласын қолдану арқылы экспонента түрінде көрсетілуі мүмкін.
Sinusoids are the building block of analog signal processing. All real world signals can be represented as an infinite sum of sinusoidal functions via a Fourier series. A sinusoidal function can be represented in terms of an exponential by the application of Euler's Formula.
Импульс
Импульс (Дирак дельта функциясы) – шексіз мәнді, нөлге центрленген және астындағы ауданы бірге шексіз тар ені бар сигнал ретінде анықталады. Импульсты барлық мүмкін жиіліктерді қамтитын синусоидалардың шексіз қосындысы түрінде бейнелеуге болады. Іс жүзінде мұндай сигналды жасау мүмкін емес, бірақ оны үлкен амплитудалы, тар импульспен жеткілікті дәл жақындастыруға болады, осы арқылы желідегі теориялық импульстік жауапты жоғары дәлдікпен алуға болады. Импульс символы δ(t). Егер импульс жүйеге кіріс ретінде қолданылса, шығыс импульстік жауап деп аталады. Импульстік жауап жүйені анықтайды, себебі кірісте барлық мүмкін жиіліктер ұсынылған.
An impulse (Dirac delta function) is defined as a signal that has an infinite magnitude and an infinitesimally narrow width with an area under it of one, centered at zero. An impulse can be represented as an infinite sum of sinusoids that includes all possible frequencies. It is not, in reality, possible to generate such a signal, but it can be sufficiently approximated with a large amplitude, narrow pulse, to produce the theoretical impulse response in a network to a high degree of accuracy. The symbol for an impulse is δ(t). If an impulse is used as an input to a system, the output is known as the impulse response. The impulse response defines the system because all possible frequencies are represented in the input
Сызықтық уақыт-инвариантты (LTI)
Сызықтық дегеніміз, егер сізде екі кіріс және екі сәйкес шығыс болса, егер сіз осы екі кірістің сызықтық комбинациясын алсаңыз, шығыстардың да сызықтық комбинациясын аласыз. Сызықтық жүйенің мысалы – бірінші реттік төмен өткізгіш немесе жоғары өткізгіш сүзгі. Сызықтық жүйелер сызықтық қасиеттерді көрсететін аналогтық құрылғылардан құралады. Бұл құрылғылар толыққанды сызықтық болуы міндетті емес, бірақ олардың жұмыс аймағы сызықтық болуы керек. Операциялық күшейткіш – сызықтық емес құрылғы, бірақ сызықтық жұмыс істейтін аймағы бар, сондықтан оны сол аймақта сызықтық модель ретінде қарастыруға болады. Уақыт инварианттылығы дегеніміз, жүйенің қандай уақытта іске қосылғаны маңызды емес, нәтиже бірдей болады. Мысалы, егер сізде жүйе болса және бүгін кіріс берсеңіз, оны ертең іске қоссаңыз да, сол шығысқа ие боласыз. Нақты LTI жүйелер жоқ, бірақ көптеген жүйелерді LTI ретінде модельдеуге болады, осылай олардың шығысын анықтау оңайырақ. Барлық жүйелер температура, сигнал деңгейі сияқты факторларға тәуелді, бұл оларды сызықтық емес немесе уақыт инвариантты емес етеді, бірақ көпшілігі LTI ретінде модельдеуге жеткілікті тұрақты. Сызықтық және уақыт инварианттылығы маңызды, себебі дәстүрлі аналогтық сигналды өңдеу әдістерін қолдану арқылы осы жүйелерді ғана оңай шешуге болады. Жүйе сызықтық емес немесе уақыт инвариантты емес болған жағдайда, ол сызықтық емес дифференциалдық теңдеулер мәселесіне айналады, және мұндай теңдеулердің шешімі өте сирек табылады. (Хейкин және Ван Вин, 2003)
Linearity means that if you have two inputs and two corresponding outputs, if you take a linear combination of those two inputs you will get a linear combination of the outputs. An example of a linear system is a first order low pass or high pass filter. Linear systems are made out of analog devices that demonstrate linear properties. These devices don't have to be entirely linear, but must have a region of operation that is linear. An operational amplifier is a non linear device, but has a region of operation that is linear, so it can be modeled as linear within that region of operation. Time invariance means it doesn't matter when you start a system, the same output will result. For example, if you have a system and put an input into it today, you would get the same output if you started the system tomorrow instead. There aren't any real systems that are LTI, but many systems can be modeled as LTI for simplicity in determining what their output will be. All systems have some dependence on things like temperature, signal level or other factors that cause them to be non linear or non time invariant, but most are stable enough to model as LTI. Linearity and time invariance are important because they are the only types of systems that can be easily solved using conventional analog signal processing methods. Once a system becomes non linear or non time invariant, it becomes a non linear differential equations problem, and there are very few of those that can actually be solved. (Haykin & Van Veen 2003)