Аналоговая схемотехника

1. АНАЛОГОВАЯ СХЕМОТЕХНИКА

2. Место и роль изучаемой дисциплины в системе научных знаний

2 Место и роль изучаемой дисциплины
в системе научных знаний
– Аналоговые системы обработки информации — системы
непрерывного действия, работают с информацией,
представленной в непрерывной, а точнее в аналоговой
форме. (Можно считать, что она содержит бесконечное
количество значений.)
– Информация — сведения, воспринимаемые человеком или
специальными устройствами как отражение в абстрактной
форме фактов материального мира в процессе коммуникации
или взаимодействия.
– В теории информации и связи носителем информации является
сигнал, используемый для передачи сообщений в системе связи.

3. Понятия информации, сообщения, сигнала

3
Понятия информации, сообщения,
сигнала
– Информация, закодированная в какой либо материальной
форме (что, собственно, и есть конкретная форма абстракции)
представляет собой сообщение.
– Сигнал может генерироваться, но его приём не обязателен, в
отличие от сообщения, которое рассчитано на принятие
принимающей стороной, иначе оно не является сообщением.
Сигналом, передающим конкретное сообщение, может быть
любой физический процесс, параметры которого изменяются
(или находятся) в соответствии с передаваемым сообщением.

4. Классификация сигналов

4
Классификация сигналов
Сигнал принято описывать его математической моделью функцией времени, характеризующей изменение
параметров сигнала, которые, собственно, и могут нести
необходимую информацию.
По физической природе носителя информации
сигналы можно разделить на:
• электрические;
• электромагнитные;
• оптические;
• акустические и др.;

5. Классификация сигналов

5
Классификация сигналов
По способу задания сигнала:
• регулярные (детерминированные),
заданные аналитической функцией;
• нерегулярные (случайные), принимающие
произвольные значения в любой момент
времени.

6. Классификация сигналов

6
Классификация сигналов
В зависимости от функции, описывающей параметры
сигнала, выделяют аналоговые, дискретные,
квантованные и цифровые сигналы:
• аналоговые (непрерывные),
описываемые непрерывной
функцией;
• дискретные, описываемые функцией
отсчётов, взятых в определённые
моменты времени;
• квантованные по уровню;
• цифровые сигналы (дискретные,
квантованные по уровню и времени).

7. Классификация сигналов

7
Классификация сигналов
• Аналоговый сигнал изменяется непрерывно во времени,
пропорционально (аналогично) передаваемой им
информации, может иметь бесконечное множество
значений на любом интервале времени.
Аналоговый сигнал описывается некоторой
непрерывной математической функцией времени.
• Дискретный сигнал представляется в виде последовательности значений аналогового сигнала, взятых в
дискретные моменты времени ti (где i — индекс).
Значения сигнала x(t) в моменты измерения, то есть
xi = x(ti), называются отсчётами, сама процедура дискретизацией, а промежутки времени между
отсчётами - интервалом дискретизации.

8. Классификация сигналов

8
Классификация сигналов
• Квантованный сигнал - это дискретный сигнал,
значения которого измеряются по некоторым уровням,
заданной фиксированной разрядности. Расстояния
между этими уровнями называется шагом квантования.
Отсчёты сигнала сравниваются с уровнями квантования
и в качестве значения сигнала выбирается число,
соответствующее некоторому уровню квантования.
• Цифровой сигнал - это дискретный квантованный
сигнал, на каждом заданном промежутке времени
представленный приближённым (квантованным)
значением сигнала, которое можно записать
целым числом.

9. Аналоговые устройства электроники

9 Аналоговые устройства электроники
• Аналоговые системы обработки информации — это системы,
работающие с информацией в форме непрерывных электрических, электромагнитных и оптических сигналов, представляющих
собой бесконечный набор отсчетов аналога исходного информационного сигнала, что и является его аналоговой формой.
• Аналоговые системы обработки информации относятся к
классу систем аналоговой электроники.
• Электроника - наука о взаимодействии электронов с
электромагнитными полями и о методах создания
электронных приборов и устройств, в которых это
взаимодействие используется для преобразования
электромагнитной энергии, в основном для передачи,
обработки и хранения информации.

10. Практические задачи электроники

10 Практические задачи электроники
• Практические задачи электроники: разработка
электронных приборов и устройств, выполняющих
различные функции в системах преобразования и
передачи информации, в системах управления, в
вычислительной технике, а также в энергетических
устройствах; разработка научных основ технологии
производства электронных приборов и технологии,
использующей электронные и ионные процессы и приборы
для различных областей науки и техники.
• Аналоговые системы обработки информации, следователь-
но, как системы аналоговой электроники, являются
электронными устройствами, в задачу которых входят
функции управления, а также преобразования и
передачи информации в аналоговой форме.

11. Способы фиксации информации в материальной форме

11
Способы фиксации информации в
материальной форме
• Исторически информация фиксировалась в текстовой,
графической, звуковой форме.
Для сохранения и передачи информации человечество
пользуется разнообразными знаками.
• Знак представляет собой абстрактный заменитель объекта
— предмета, явления, действия, свойства или отношения.
• Знаковой системой является язык, которым человек
пользуется для выражения своих мыслей, в общении с
другими людьми.
• Письменность — знаковая система фиксации мыслей и
речи, позволяющая с помощью начертательных элементов
закреплять информацию во времени и передавать на
расстояние.

12. Формы представления информации

12 Формы представления информации

13. Формы сохранения изображений

13
Формы сохранения изображений
Физической основой
фотографии является фиксация
изображений с помощью
химических и физических
процессов, происходящих под
действием света.

14. Формы сохранения быстроменяющихся изображений

14
Формы сохранения
быстроменяющихся изображений
• Кинематографический принцип — при демонстрации последовательных неподвижных кадров, несущих изображение объекта, при
определенной скорости возникает иллюзия движения объекта.
Кинематографический принцип лежит в основе записи и воспроизведения движущегося изображения, основан на инерции зрения.

15. Формы сохранения звука

15
Формы сохранения звука
• Эдуард-Леон Скотт де Мартинвилль, французский изобретатель,
в 1857 г. изготовил аппарат «фоноавтограф», который улавливал
звуковые колебания и фиксировал их на поверхности
цилиндрического барабана, с зафиксированным на нём листком
бумаги, покрытым воскоподобным слоем. Звук записывался, но
воспроизводиться не мог. Леон Скотт лишь экспериментировал с
получаемыми "изображениями звука" - фоноавтограммами.

16. Формы сохранения звука

16
Формы сохранения звука
• В апреле 1877 года, одаренный французский поэт, музыкант
и ученый Шарль Кро (Charles Crоs, 1842–1888) предложил
описание прибора, названного им «палеофоном» — «голос
прошлого».
На покрытую сажей поверхность вращающегося стеклянного
диска игла, прикрепленная к мембране, может записывать
звуковые колебания.

17. Формы сохранения звука

17
Формы сохранения звука
• Первый фонограф Томас Алва Эдисон испытал 12 августа 1877 года
Звук записывался на носителе в форме дорожки, глубина которой
пропорциональна громкости звука. Звуковая дорожка фонографа
размещается по цилиндрической спирали на сменном вращающемся
барабане. При воспроизведении игла, двигающаяся по канавке,
передаёт колебания на упругую мембрану, которая излучает звук.

18. Формы сохранения звука

18
Формы сохранения звука
• Идеи Шарля Кро развил и реализовал Эмиль Берлинер (Emile Berliner,
1851–1929), талантливый и энергичный изобретатель перебравшийся в США из Германии в 19-летнем возрасте. В то время как игла
фонографа создавала дорожки изменяющейся глубины, Эмиль
решил записать звуковые колебания на пластинке без изменения
глубины, но с изменением положения резца в поперечном
направлении, что значительно упрощало тиражирование записей.

19. Формы сохранения звука

19
Формы сохранения звука
• Эмиль Берлинер изобрел гальванотехнический метод копирования и технологию штамповки пластинок из с мастер – диска.
Затем было организовано серийное производство пластинок, их
начали штамповать из природной смолы – шеллака, получая на
выходе недорогой и качественный продукт – грампластинку.

20. Принцип усиления звука

20
Принцип усиления звука
• В 1898 году Гораций Шорт (Horace Short) и сэр Чарльз А. Парсонс
(Charles A. Parsons - «отец» паровой турбины), изобрели усилитель
звука, использующий сжатый воздух, известный как оксетофон
(auxetophone). Принцип усиления прост: игла-звукосниматель (как у
обычного граммофона) соединена с мембраной-клапаном, гребенчатой
конструкции. Воздух от компрессора, проходя через изменяющееся
сечение клапана, модулируется, что вызывает звуковые волны, или
мощный звук, пропорциональный колебаниям иглы звукоснимателя.

21. Оксетофон - пневматический усилитель

21 Оксетофон - пневматический усилитель
• Основной принцип усиления: получение мощной копии слабого
сигнала, используя энергию источника и изменяя её поступление
пропорционально исходному сигналу с помощью клапана.

22. Оптический способ записи звука

22
Оптический способ записи звука
• Колебания зеркальца под воздействием звуковых волн на мембрану прочерчивают графическую звуковую дорожку на кинопленке.
После проявления фотопленки дорожка становится видимой и она
способна модулировать яркость от источника света.

23. Электромагнитное поле, как удобный носитель информации

23 Электромагнитное поле, как удобный
носитель информации
• Изменение магнитного поля порождает ток, в свою очередь
изменяющийся во времени ток порождает магнитное поле.
• Волна электромагнитного поля распространятся со скоростью
света.

24. Свет - это электромагнитная волна

24 Свет - это электромагнитная волна
• Сигнальные костры, греческая факельная азбука
• Оптический семафорный телеграф Клода Шаппа (1792 г.)
• Корабельный оптический телеграфа (лампа Ратьера)

25. Преобразование неэлектрических величин в электрические

25
Преобразование неэлектрических
величин в электрические
• Большинство неэлектрических сигналов успешно преобразуются в электрические с помощью различных датчиков.

26. Преобразование неэлектрических величин в электрические

26
Преобразование неэлектрических
величин в электрические
• Большинство неэлектрических сигналов успешно преобразуются в электрические с помощью различных датчиков.

27. Микрофоны - преобразователи звука в электрический сигнал

27 Микрофоны - преобразователи звука
в электрический сигнал
• Для преобразования неэлектрических сигналов в электрические используются различные физические эффекты.

28. THE END!

29. Задание №1

Определить частоту дискретизации аналогового
сигнала, спектр которого ограничен частотой:
а) 5000 Гц;
б) 10000 Гц;
в) 14000 Гц

30. Задание №2

Объяснить
принцип
работы
изображенного на рисунке ниже.
инструмента,

31. Задание №3

На цилиндр аппарата, изображение которого
представлено ниже, намотана стальная проволока виток
к витку. Объяснить принцип, на основании которого
аппарат был способен сохранять информацию.

32. Задание №4

Изображенный на рисунке прибор содержит в своей
конструкции тонкий стальной диск, заключенный в
круглый кожух. Прибор представляет собой устройство
для получения информации.
Каково назначение
данного прибора?