Электроника для начинающих

Вы можете изменить схему таким образом, чтобы светодиод погасал медленно: достаточно просто добавить конденсатор.

Глава 6

Сигналы и измерения

Электроника является искусством управления сигналами. Сигналы повсюду. В этой главе мы обсудим электрические сигналы и как изменять и создавать их с помощью электронных схем.

Каждый вечер я вожу на прогулку мою собаку. Часто мы встречаем других собак, и каждый раз повторяются принюхивания и хороводы, напоминающие танцы. Собаки обмениваются сообщениями, и эти обряды являются частью их общения. Частенько мы встречаем и кошек, но встреча с ними, к сожалению, не всегда заканчивается наилучшим образом, поэтому нам приходится менять место прогулки. К сожалению, между кошками и собаками никогда не было согласия в отношениях, а скорее полное недопонимание. Когда моя собака видит кошку, она хочет играть с ней, счастливо виляя хвостом. Для озадаченной кошки, однако, помахивание хвостом означает неприятности или конфликты. Даже если бы мы приблизились к кошке, собака захотела бы понюхать ее хвостик, но это было бы большой глупостью, потому что для кошки это очень оскорбительный жест!

Сигнал является средством для передачи и обмена информацией. Чтобы обмен прошел удачно, необходимо установить соглашение между отправителем и получателем, которое определяет правила, сроки и содержание сообщения. Писать ли нам через «Скайп» или по электронной почте? А может, мы будем использовать бумажные страницы, на которых напечатаны слова, цветные флаги, как это делают два корабля в море, или даже телеграфный ключ, который посылает короткие электрические импульсы. Если мы решим использовать «Скайп», мы должны согласовать время для связи, чтобы не ждать напрасно нашего собеседника. Сообщение будет зашифровано, потому что мы будем говорить на одном языке, а также договоримся о том, как будут писаться буквы. Многие из этих соглашений уже подразумеваются в общении между людьми, поэтому не будут повторяться каждый раз. Таким образом, мы имеем один передатчик, один приемник и один канал передачи. Канал может быть частично прерван, то есть нарушен в связи с шумом: это может быть туман, болтовня гостей на вечеринке, солнце в глаза или электрические разряды. Сообщение, достигающее получателя, должно быть расшифровано, а затем истолковано, чтобы получить содержащуюся в нем информацию. Электрические токи могут быть отлично использованы для создания сигналов, несущих информацию.

Аналоговые и цифровые сигналы

Микрофон является преобразователем, то есть устройством, которое преобразует механическую энергию звуковых волн в электрическую энергию. На его концах мы найдем сигнал, изменяющийся с течением времени, более или менее точно соответствующий вибрациям, которые производят звуковые волны. Если построить диаграмму этого сигнала, мы получим очень живую линию. Сигнал такого типа также называется аналоговым, потому что это сигнал, который изменяется от минимума до максимума и в пределах этого интервала может принимать любое значение. Цифровые сигналы могут принимать только два положения, равные минимальному или максимальному уровню. Сигналы такого типа используются в вычислительной технике.

Они, как правило, имеют четко установленное время срабатывания для формирования регулярного временного ряда. Каждый временной промежуток может принимать только определенное значение и совпадает с одним битом.

Рис. 6.1. Аналоговый сигнал (слева) может принимать любое значение внутри интервала; цифровой сигнал (справа) допускает только два возможных значения и, как правило, имеет установленное время срабатывания

Осциллограф

Осциллограф является очень полезным измерительным прибором, который способен отображать электрические сигналы, хотя и не совсем подходит для новичков. Прибор снабжен несколькими датчиками, схожими по принципу использования с щупами тестера. Осциллографы можно регулировать, изменяя промежуток времени, что позволяет отслеживать медленные и быстрые сигналы и регулировать амплитуду сигналов, то есть усиливать или ослаблять их, наблюдая изменения на экране. Осциллограф используется скорее для количественных оценок, чем для точных измерений, то есть позволяет понять поведение электрического сигнала, а также очень полезен в случае ремонта и для выявления неполадок.

Рис. 6.2. Осциллограф может отображать на экране сигналы, полученные с помощью его датчиков