સિગ્નલ પ્રોસેસિંગ કેવી રીતે કામ કરે છે

સિગ્નલ શું છે?

સિગ્નલ એ કોઈપણ ભૌતિક ચલ છે જેનું મૂલ્ય અથવા સમય જતાં તેમાં ફેરફાર માહિતી સમાવે છે. આ માહિતી વાણી અને સંગીત સાથે અથવા હવાના તાપમાન અથવા ઓરડાના પ્રકાશ જેવા ભૌતિક જથ્થા સાથે સંબંધિત હોઈ શકે છે. વિદ્યુત પ્રણાલીઓમાં માહિતી વહન કરી શકે તેવા ભૌતિક ચલો છે વોલ્ટેજ અને વર્તમાન.

આ લેખમાં, "સિગ્નલો" દ્વારા અમારો અર્થ મુખ્યત્વે વોલ્ટેજ અથવા વર્તમાન છે. જો કે, અહીં ચર્ચા કરાયેલા મોટાભાગના ખ્યાલો એવી સિસ્ટમો માટે માન્ય રહે છે જેમાં અન્ય ચલો માહિતી વાહક હોઈ શકે છે. આમ, યાંત્રિક પ્રણાલી (ચલો-બળ અને વેગ) અથવા હાઇડ્રોલિક સિસ્ટમ (ચલો-દબાણ અને પ્રવાહ) ની વર્તણૂક ઘણીવાર સમકક્ષ વિદ્યુત પ્રણાલી દ્વારા રજૂ કરી શકાય છે, અથવા જેમ કહેવાય છે તેમ, સિમ્યુલેટેડ. તેથી, વિદ્યુત પ્રણાલીઓની વર્તણૂકને સમજવી એ ઘટનાની ઘણી વ્યાપક શ્રેણીને સમજવા માટેનો આધાર પૂરો પાડે છે.

એનાલોગ અને ડિજિટલ સિગ્નલો

સિગ્નલ બે સ્વરૂપમાં માહિતી વહન કરી શકે છે. એનાલોગ સિગ્નલ વોલ્ટેજ અથવા વર્તમાનના સમયમાં સતત ફેરફારના સ્વરૂપમાં માહિતી વહન કરે છે. એનાલોગ સિગ્નલનું ઉદાહરણ એ દ્વારા પેદા થયેલ વોલ્ટેજ છે થર્મોકોલ જંકશન પરવિવિધ તાપમાને. જ્યારે જંકશન વચ્ચે તાપમાનનો તફાવત બદલાય છે, ત્યારે થર્મોકોપલ્સનો વોલ્ટેજ બદલાય છે. આમ, વોલ્ટેજ તાપમાનના તફાવતની એનાલોગ રજૂઆત આપે છે.

થર્મોકોલ - કોપર અને કોન્સ્ટેન્ટન જેવી બે ભિન્ન ધાતુઓનું સંયોજન. બે જંકશન દ્વારા ઉત્પન્ન થયેલ વોલ્ટેજનો ઉપયોગ તેમની વચ્ચેના તાપમાનના તફાવતને માપવા માટે થાય છે.

તે અન્ય પ્રકારનો સંકેત છે ડિજિટલ સિગ્નલ… તે બે અલગ-અલગ ક્ષેત્રોમાં મૂલ્યો લઈ શકે છે. આવા સંકેતોનો ઉપયોગ ચાલુ/બંધ અથવા હા-ના માહિતી દર્શાવવા માટે થાય છે.

ઉદાહરણ તરીકે, હોમ થર્મોસ્ટેટ હીટરને નિયંત્રિત કરવા માટે ડિજિટલ સિગ્નલ જનરેટ કરે છે. જ્યારે રૂમનું તાપમાન પ્રીસેટ મૂલ્યથી નીચે જાય છે, ત્યારે થર્મોસ્ટેટ સ્વીચ સંપર્કોને બંધ કરે છે અને હીટર ચાલુ કરે છે. એકવાર ઓરડામાં તાપમાન પૂરતું ઊંચું થઈ જાય, પછી સ્વીચ હીટરને બંધ કરે છે. સ્વીચ દ્વારા વર્તમાન તાપમાનમાં ફેરફારની ડિજિટલ રજૂઆત આપે છે: ચાલુ ખૂબ ઠંડુ છે અને બંધ ખૂબ ગરમ છે.

ચોખા. 1. એનાલોગ અને ડિજિટલ સિગ્નલો

સિગ્નલ પ્રોસેસિંગ સિસ્ટમ

સિગ્નલ પ્રોસેસિંગ સિસ્ટમ એ એકબીજા સાથે જોડાયેલા ઘટકો અને ઉપકરણોનો સમૂહ છે જે ઇનપુટ સિગ્નલ (અથવા ઇનપુટ સિગ્નલોનું જૂથ) સ્વીકારી શકે છે, માહિતી કાઢવા અથવા તેની ગુણવત્તા સુધારવા માટે સિગ્નલ પર ચોક્કસ રીતે કાર્ય કરી શકે છે અને આઉટપુટમાં માહિતી રજૂ કરી શકે છે. યોગ્ય ફોર્મ અને યોગ્ય સમયે.

ભૌતિક પ્રણાલીઓમાં ઘણા વિદ્યુત સંકેતો નામના ઉપકરણો દ્વારા ઉત્પન્ન થાય છે સેન્સર્સ… અમે પહેલાથી જ એનાલોગ સેન્સરનું ઉદાહરણ વર્ણવ્યું છે - થર્મોકોપલ. તે તાપમાનના તફાવત (ભૌતિક ચલ) ને વોલ્ટેજ (વિદ્યુત ચલ) માં રૂપાંતરિત કરે છે. સામાન્ય રીતે સેન્સર - એક ઉપકરણ જે ભૌતિક અથવા યાંત્રિક જથ્થાને સમકક્ષ વોલ્ટેજ અથવા વર્તમાન સંકેતમાં રૂપાંતરિત કરે છે. જો કે, થર્મોકોલથી વિપરીત, મોટાભાગના સેન્સરને ચલાવવા માટે અમુક પ્રકારના વિદ્યુત ઉત્તેજનાની જરૂર પડે છે.

ઇનપુટ સિગ્નલોમાં સમાવિષ્ટ માહિતીનો ઉપયોગ કેવી રીતે થશે તેના આધારે સિસ્ટમના આઉટપુટ પર સિગ્નલોની પસંદગી વિવિધ સ્વરૂપોમાં કરી શકાય છે. માહિતી કાં તો એનાલોગ સ્વરૂપે પ્રદર્શિત કરી શકાય છે (ઉદાહરણ તરીકે, એક ઉપકરણ કે જેમાં તીરની સ્થિતિ રસના ચલનું મૂલ્ય સૂચવે છે) અથવા ડિજિટલ સ્વરૂપમાં (ડિસ્પ્લે પર ડિજિટલ તત્વોની સિસ્ટમનો ઉપયોગ કરીને જે સંખ્યા દર્શાવે છે. અમને રસના મૂલ્યને અનુરૂપ).

આઉટપુટ સિગ્નલોને ધ્વનિ ઊર્જા (લાઉડસ્પીકર)માં રૂપાંતરિત કરવા, અન્ય સિસ્ટમ માટે ઇનપુટ સિગ્નલ તરીકે તેનો ઉપયોગ અથવા નિયંત્રણ માટે ઉપયોગ કરવાની અન્ય શક્યતાઓ છે. આમાંના કેટલાક કિસ્સાઓ સમજાવવા માટે ચાલો કેટલાક ઉદાહરણો જોઈએ.

કોમ્યુનિકેશન સિસ્ટમ

એક કોમ્યુનિકેશન સિસ્ટમનો વિચાર કરો કે જેના ઇનપુટ સિગ્નલ વાણી, સંગીત અથવા અમુક પ્રકારનો ડેટા હોઈ શકે છે જે એક સ્થાન પર ઉત્પન્ન થાય છે અને ત્યાં મૂળ ઇનપુટ સિગ્નલને ચોક્કસ રીતે પુનઃપ્રાપ્ત કરવા માટે લાંબા અંતર પર વિશ્વસનીય રીતે પ્રસારિત થાય છે.

ઉદાહરણ તરીકે, FIG. 2 એ પરંપરાગત કંપનવિસ્તાર મોડ્યુલેશન (AM) બ્રોડકાસ્ટ સિસ્ટમનું યોજનાકીય આકૃતિ છે.AM મોડ્યુલેશનમાં, રેડિયો ફ્રીક્વન્સી સિગ્નલનું કંપનવિસ્તાર (પીક-ટુ-પીક) ઓછી-આવર્તન સિગ્નલ (ધ્વનિ ફ્રીક્વન્સીને અનુરૂપ ઑડિઓ સિગ્નલ) ની તીવ્રતા અનુસાર બદલાય છે.

ચોખા. 2. કંપનવિસ્તાર મોડ્યુલેશન સાથે પ્રસારણ સંચાર સિસ્ટમ

AM રેડિયો બ્રોડકાસ્ટિંગ સિસ્ટમનું ટ્રાન્સમીટર ઇનપુટ ડિવાઇસ (માઇક્રોફોન)માંથી ઇનપુટ સિગ્નલ લે છે, આ સિગ્નલનો ઉપયોગ રેડિયો ફ્રીક્વન્સી સિગ્નલના કંપનવિસ્તારને નિયંત્રિત કરવા માટે કરે છે (દરેક રેડિયો સ્ટેશનની પોતાની ચોક્કસ રેડિયો ફ્રીક્વન્સી હોય છે), અને રેડિયો ફ્રીક્વન્સી વર્તમાન આઉટપુટ ઉપકરણ (એન્ટેના) ચલાવે છે જે ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક તરંગો ઉત્પન્ન કરે છે જે અવકાશમાં ઉત્સર્જિત થાય છે.

રીસીવિંગ સિસ્ટમમાં ઇનપુટ ડિવાઇસ (એન્ટેના), પ્રોસેસર (રીસીવર) અને આઉટપુટ ડિવાઇસ (લાઉડસ્પીકર)નો સમાવેશ થાય છે. રીસીવર એન્ટેનામાંથી મળેલા પ્રમાણમાં નબળા સિગ્નલને એમ્પ્લીફાય કરે છે (મજબૂત બનાવે છે), અન્ય તમામ ટ્રાન્સમિટર્સના સિગ્નલોમાંથી ઇચ્છિત રેડિયો ફ્રીક્વન્સીના સિગ્નલને પસંદ કરે છે, રેડિયો ફ્રીક્વન્સી સિગ્નલના કંપનવિસ્તારમાં ફેરફારના આધારે ઑડિઓ સિગ્નલનું પુનર્નિર્માણ કરે છે, અને આ ઓડિયો સિગ્નલ વડે સ્પીકરને ઉત્તેજિત કરે છે.

માપન સિસ્ટમ

માપન પ્રણાલીનું કાર્ય ચોક્કસ ભૌતિક સિસ્ટમની વર્તણૂક વિશે સંબંધિત સેન્સર પાસેથી માહિતી પ્રાપ્ત કરવાનું અને આ માહિતીની નોંધણી કરવાનું છે. આવી સિસ્ટમનું ઉદાહરણ ડિજિટલ થર્મોમીટર છે (ફિગ. 3).

ચોખા. 3. ડિજિટલ થર્મોમીટરનું કાર્યાત્મક રેખાકૃતિ

બે થર્મોકોલ જોડાણો - એક શરીર સાથે થર્મલ સંપર્કમાં જેનું તાપમાન માપવાનું છે, બીજું બરફના કન્ટેનરમાં ડૂબી જાય છે (સ્થિર સંદર્ભ બિંદુ મેળવવા માટે) - એક વોલ્ટેજ ઉત્પન્ન કરે છે જે શરીર અને બરફ વચ્ચેના તાપમાનના તફાવત પર આધાર રાખે છે. . આ વોલ્ટેજ પ્રોસેસરમાં આપવામાં આવે છે.

થર્મોકોપલ વોલ્ટેજ તાપમાનના તફાવત સાથે બરાબર પ્રમાણસર ન હોવાથી, કડક પ્રમાણ મેળવવા માટે એક નાનો કરેક્શન જરૂરી છે. કરેક્શન ચાલુ છે રેખીય ઉપકરણ… થર્મોકોલમાંથી એનાલોગ વોલ્ટેજ પ્રથમ એમ્પ્લીફાઇડ થાય છે (એટલે ​​​​કે વધુ બનાવે છે), પછી લીનિયરાઇઝ્ડ અને ડિજિટાઇઝ્ડ થાય છે. છેલ્લે, તે થર્મોમીટરના આઉટપુટ ઉપકરણ તરીકે ઉપયોગમાં લેવાતા ડિજિટલ ડિસ્પ્લે રજિસ્ટરમાં દેખાય છે.

જો સંચાર પ્રણાલીનું મુખ્ય કાર્ય સ્રોત સિગ્નલની સાચી નકલ પ્રસારિત કરવાનું છે, તો માપન પ્રણાલીનું મુખ્ય કાર્ય સંખ્યાત્મક રીતે સાચો ડેટા મેળવવાનું છે. તેથી, એવી અપેક્ષા રાખવી જોઈએ કે તેની પ્રક્રિયાના કોઈપણ તબક્કે સિગ્નલને વિકૃત કરી શકે તેવી નાની ભૂલોની શોધ અને નાબૂદી માપન પ્રણાલીઓ માટે વિશેષ મહત્વ હશે.

પ્રતિસાદ નિયંત્રણ સિસ્ટમ

હવે પ્રતિસાદ નિયંત્રણ સિસ્ટમનો વિચાર કરો જેમાં આઉટપુટ પરની માહિતી સિસ્ટમને નિયંત્રિત કરતા સંકેતોને બદલે છે.

Fig.4 ઓરડાના તાપમાનને જાળવવા માટે ઉપયોગમાં લેવાતા થર્મોસ્ટેટનો આકૃતિ દર્શાવે છે. સિસ્ટમમાં રૂમનું તાપમાન નક્કી કરવા માટે ઇનપુટ ઉપકરણ હોય છે (સામાન્ય રીતે આ બાયમેટાલિક પટ્ટીજે તાપમાન બદલાય ત્યારે ફ્લેક્સ થાય છે), ઇચ્છિત તાપમાન (મુખ્ય ડાયલ) સેટ કરવા માટેની એક પદ્ધતિ અને બાયમેટાલિક રિલે દ્વારા કાર્યરત મિકેનિકલ સ્વીચો અને હીટરને નિયંત્રિત કરે છે.

ચોખા. 4. બંધ-લૂપ કંટ્રોલ સિસ્ટમનું ઉદાહરણ

ઉદાહરણ તરીકે આ સરળ સિસ્ટમનો ઉપયોગ કરીને, જેમાં વાસ્તવમાં સ્વીચ સિવાય કોઈ વિદ્યુત તત્વો નથી, ધ્યાનમાં લો પ્રતિસાદ ખ્યાલ… ધારો કે ફિગમાં ફીડબેક લાઇન.3 તૂટી ગયું છે, એટલે કે, હીટર ચાલુ અને બંધ કરવા માટે કોઈ પદ્ધતિઓ નથી. પછી ઓરડામાં તાપમાન કાં તો ચોક્કસ મહત્તમ (હીટરના સતત સમાવેશને અનુરૂપ) સુધી વધશે અથવા ચોક્કસ લઘુત્તમ સુધી ઘટશે (હીટર હંમેશાં બંધ રહે છે તે હકીકતને અનુરૂપ).

ધારો કે તે મહત્તમ તાપમાને ખૂબ ગરમ છે અને લઘુત્તમ તાપમાને ખૂબ ઠંડું છે. આ કિસ્સામાં, હીટરને ચાલુ અને બંધ કરવા માટે કેટલાક "નિયંત્રણ ઉપકરણ" પ્રદાન કરવું આવશ્યક છે.

આવા "નિયંત્રણ ઉપકરણ" એવી વ્યક્તિ હોઈ શકે છે જે જ્યારે તે ઠંડુ થાય ત્યારે હીટર ચાલુ કરે છે અને જ્યારે તે ગરમ થાય છે ત્યારે તેને બંધ કરે છે. પહેલેથી જ આ સ્તરે, સિસ્ટમ (ચહેરા સાથે) એક બંધ-લૂપ નિયંત્રણ સિસ્ટમ છે, કારણ કે આઉટપુટ સિગ્નલ (રૂમનું તાપમાન) વિશેની માહિતીનો ઉપયોગ નિયંત્રણ સંકેતો (હીટરને ચાલુ અને બંધ કરવા) બદલવા માટે થાય છે.

થર્મોસ્ટેટ આપોઆપ તે કરે છે જે માણસ કરે છે, એટલે કે જ્યારે તાપમાન સેટ પોઈન્ટથી નીચે આવે ત્યારે હીટરને ચાલુ કરવું અને અન્યથા તેને બંધ કરવું. અન્ય ઘણી પ્રતિસાદ પ્રણાલીઓ છે, જેમાં સિગ્નલ પ્રોસેસિંગ કરવામાં આવે છે ઇલેક્ટ્રોનિક ઉપકરણોનો ઉપયોગ.