تعریف سیگنال در صنعت الکترونیک

تعریف سیگنال در صنعت الکترونیک:
مطالعه سیگنال ها و سیستم ها به دو موضوع می پردازد: اطلاعات و چگونگی تأثیرگذاری آن ها بر پدیده ها. یک تعریف دقیق سیگنال، رخدادی متغیر است که اطلاعات را منتقل می کند، و تعریف دقیق یک سیستم، مجموعه ای از ماژول ها است که سیگنال ها را می گیرد و پاسخ هایی تولید می کند.

در این آموزش با انواع سیگنال ها آشنا می شویم.

شاید فکر کردن درباره این تعاریف با بررسی یک موقعیت واقعی آسان تر باشد. فرض کنید می خواهید رباتی بسازید که روی یک خط راست حرکت کند.

در اینجا، سیستم یک ربات و یک خط است. فرض کنید تجهیزی وجود دارد که به ربات این توانایی را می دهد تا خط راست را «حس» کند و برای این کار از یک دوربین استفاده می کند.

در اینجا، سیگنال ها داده های بصری دوربین هستند. اما بخش سخت ماجرا اینجاست: چگونه سیگنال را بگیریم و برای آنکه بگوییم ربات در ادامه چگونه حرکت کند، از آن استفاده کنیم؟

یک حدس می تواند این باشد: اگر ربات در سمت راست خط باشد، آن را سمت چپ هدایت کنید و اگر سمت چپ خط باشد، آن را به سمت راست حرکت دهید.

اگر هم روی خط به طور مستقیم حرکت می کند، حرکت خود را ادامه دهد. این نوع هدایت مناسب به نظر می رسد. شکل زیر نشان می دهد که در واقعیت چه اتفاقی رخ می دهد.

همان طور که می بینیم، در هر زمان، فراجهش خواهیم داشت. الگوریتمی که با آن بتوان این سیستم را به طور کامل مدل کرد، وجود ندارد؛ اما هدف تحقیقات در این زمینه، رسیدن به چنین الگوریتمی است.

سیگنال ها و سیستم ها مفاهیمی هستند که در هر زمینه فناوری، الکترونیک و مهندسی کاربرد دارند. همان طور که در بالا دیدیم، کلیه قطعات سخت افزاری مانند ربات ها و رادارها که لازم است دنیای اطراف خود را حس کنند، باید بتوانند سیگنال ها را بشناسند و سیستم های خود را به طور مناسب تغییر دهند.

سیگنال ها در سیستم هایی مانند رایانه نیز استفاده می شوند. سیگنال ها بین اجزای ریز در رایانه این امکان را می دهند تا اطلاعات و عملکرد به اشتراک گذاشته شود. این عناصر اصلی سخت افزار است که به عملکرد نرم افزار اجازه می دهد.

سیگنال ها، همان طور که در بالا بحث کردیم، اطلاعات را منتقل می کنند. البته، مفیدتر آن است که سیستم ها را به عنوان توابعی در نظر بگیریم که متغیر مستقل آن ها زمان و متغیرهای وابسته شان، برخی داده ها هستند.

بنابراین، برای مثال، یک تابع سیگنال ممکن است به صورت زیر باشد:

f(t)=2×t

نمودار متناظر با این سیگنال به صورت زیر است.

سیگنال با تابعf(t)=2×t

یک سیستم می تواند تعدادی سیگنال ورودی و تعدادی سیگنال خروجی داشته باشد. مثال ربات را در نظر بگیرید. ربات می توانست از یک دوربین برای حس رنگ خط استفاده کند.

همچنین اگر خط دارای خصوصیات فیزیکی مشخصی باشد، می تواند از لاستیک هایش برای حس جنبشی بودن خط استفاده کند.

حتی اگر خط در مواد خاصی پوشانده شود، می تواند از حس نیروهای مغناطیسی استفاده کند. در حالی که سیگنال ورودی معمولاً توسط محیط اطراف سیستم تعریف می شود، سیستم کنترل بسیار بیشتری روی سیگنال خروجی دارد.

سیگنال خروجی می تواند هر چیزی باشد که بتواند به ربات بگوید با فرمان آن چه کار کند.

به این موضوع فکر کنید که سیگنال های خروجی ربات چه چیز دیگری می تواند باشد. گفتیم که سیگنال خروجی می تواند هر چیزی باشد که بتواند به ربات بگوید در ادامه حرکت چه کار کند.

برای مثال، سیگنال خروجی می تواند موارد زیر باشد:

• سرعت دوران چرخ ها.
• دمای مطلوب همه چرخ ها.
• یک بردار سه بعدی که موقعیت مطلوب بعدی را توصیف می کند.
• فاصله مطلوب از خط در گام زمانی بعدی.

انواع سیگنال های دیگری نیز می توانیم نام ببریم، اما همه سیگنال ها انتخاب های هوشمندانه ای نیستند. انتخاب سیگنال خروجی برای حس کردن، به طراح سیستم بستگی دارد.