Постоянная составляющая

Что такое постоянная составляющая, и как сказывается потеря её на работу систем.

Ниже изображен график синусоидального напряжения без постоянной составляющей. Определяющим признаком отсутствия постоянной составляющей является-

Равенство площадей положительных и отрицательных полуволн (отмечены красным и жёлтым)

подключим батарейку к генератору синуса и посмотрим суммарный сигнал. Как видно из графика -отрицательных полуволн нет вообще -это явный признак наличия постоянной составляющей, но это частный случай. А величину постоянной составляющей долго вычислять не надо, достаточно посмотрень напряжение на батарейке-это и будет искомая величина.

 

Другой случай, когда полуволны опускаются на отрицательный уровень. Видно, что  полуволны, которые ниже нулевой отметки, значительно меньше по площади положительных- следовательно в наличии положительная постоянная составляющая, а величина её вычисляется как разность площадей положительных и отрицательных полуволн.

Посмотрим на прямоугольные импульсы с точки зрения постоянной составляющей. Видно, что импульсы не заходят на уровень отрицательных напряжений, следовательно, без всяких сомнений, имеем положительную постоянную составляющую.

Поставим разделительную цепь, которая имеет разделительный конденсатор, включённый последовательно с сигналом, а он , как известно, пропускает переменное напряжение и не пропускает постоянное.

Посмотрим график процесса потери постоянной составляющей. График изображает момент включения генерации импульсов. Видно как " тает " верхний уровень и растёт нижний. Так будет происходить до тех пор, пока площадь импульсов отрицательного уровня (жёлтый цвет) не будет равна площади положительного уровня ( красный цвет). Процесс называется -сползание импульсов. Причина кроется в заряде ёмкости.

Проследим подольше этот процесс до окончания выравнивания. Обратите внимание, в конце графика произошло выравнивание  площадей импульсов, а не амплитуд. Причина в том, что импульсы имеют неравное соотношение времени импульса и промежутка.

Рассмотрим один из примеров того, когда потеря постоянной составляющей приводит к сбою или частичной потере информации.

Посмотрим график прямоугольных импульсов у генератора манчестерского кодирования, которое часто применяется в локальных компьютерных сетях. Сразу видно наличие положительной постоянной составляющей т.к. на уровень отрицательного напряжения импульсы не заходят.(это только пример, реалии в сетях несколько иные)

Введём цепь с разделительным конденсатором и цифровой микросхемой, для того чтобы понять, как в реалиях можно потерять информацию.

На графике изображен процес потери постоянной составляющей.

Под уровнем преобразования имеется ввиду уровень срабатывания цифровой микросхемы вход которой подключён к выходу нашей разделительной цепи.

Как видно, ничего страшного не произошло и импульсы попрежнему пересекают уровень преобразования. Но происходит это потому что импульсы правильной прямоугольной формы. В реалиях эти импульсы не всегда прямоугольны.( единственно, в этом случае будет снижена помехоустойчивость за счёт того, что вершинки импульсов очень близко к уровню преобразования.)

В случаях, когда скорость переключения цифровых микросхем нашими импульсами подходит к пределу возможности каких-либо конкретно микросхем, то импульсы будут  похожи на пилу, т.е. с заваленными фронтами. Либо импульсы прошли цепи с ограниченной полосой пропускания ( Усилители, длинные линии передач, лазерные линии связи и т. д.). Ниже приведена эквивалентная схема такой цепи.

Ниже видим, что после полного сползания импульсов ( потеря постоянной составляющей) последние два импульса (красный цвет), прошедшие через цепи с ограниченной полосой пропускания ( например лазерная связь), не смогли перейти через уровень преобразования. Следовательно не переключили цифровую микросхему, что привело к полной потере этих импульсов, что в свою очередь приведёт к потере части передаваемой информации и её искажению.

Ниже показана полная схема, нагруженная на цифровую микросхему с конкретным порогом преобразования уровня входного сигнала в выходной импульс.

Ниже приведён график импульсов в точках, по которым последовательно проходит сигнал. Обратите внимание на временнЫе искажения и задержки выходных импульсов по сравнению со входными, а в одном случае и его полную потерю.Обратите внимание и на то, что сдвинуты импулсы на выходе относительно импульсов на входе- так называемый фазовый сдвиг.