Jeśli ktoś wysyła krótkie impulsy prądu, które nagle się włączają i wyłączają, dlaczego odbiornik odbiera wygładzony prąd?

Wstęp do teorii informacji: Symbole, sygnały i hałas , autorstwa Johna R. Pierce'a, mówi:

Trudność, z jaką Morse napotkał swój podziemny drut, pozostała ważnym problemem. Różne obwody, które równie dobrze przewodzą stały prąd elektryczny, niekoniecznie nadają się do komunikacji elektrycznej. Jeśli ktoś przesyła kropki i kreski zbyt szybko przez obwód podziemny lub podmorski, są one biegane razem na końcu odbiorczym. Jak pokazano na rysunku II-1, kiedy wysyłamy krótki impuls prądu, który nagle się włącza i wyłącza, otrzymujemy na drugim końcu obwodu dłuższy, wygładzony wzrost i spadek prądu. Ten dłuższy przepływ prądu może pokrywać się z prądem innego wysłanego symbolu, na przykład jako brak prądu. Tak więc, jak pokazano na rysunku II-2, gdy transmitowany jest wyraźny i wyraźny sygnał, może on być odbierany jako niejasno wędrujący wzrost i spadek prądu, który jest trudny do interpretacji.

Oczywiście, jeśli zrobimy wystarczająco dużo kropek, spacji i myślników, prąd na drugim końcu będzie lepiej podążał za prądem na końcu wysyłającym, ale spowalnia to szybkość transmisji. Oczywiste jest, że z danym obwodem transmisyjnym jest w jakiś sposób ograniczona prędkość transmisji kropek i przestrzeni. W przypadku kabli okrętów podwodnych prędkość ta jest tak niska, że ​​może powodować problemy z telegraperem; dla drutów na słupach jest tak szybki, że nie przeszkadza telegraficznym. Wcześni telegrafiści zdawali sobie sprawę z tego ograniczenia, które również leży u podstaw teorii komunikacji.

Jako ktoś, kto nie ma wykształcenia elektrycznego, opisywane zjawisko wydaje mi się kłopotliwe. Jeśli ktoś wysyła krótkie impulsy prądu, które nagle się włączają i wyłączają, dlaczego prawdą jest, że w zależności od rodzaju obwodu odbiornik może odbierać wygładzony prąd, a nie prądy dyskretne, które zostały wysłane? Można by się spodziewać, naiwnie, że odbierane sygnały będą identyczne z wysyłanymi sygnałami?

Byłbym bardzo wdzięczny, gdyby ludzie mogli poświęcić czas na udzielenie odpowiedzi w tym języku, który jest zrozumiały dla kogoś bez wykształcenia inżyniera elektrycznego.

Kabel zachowuje się jak filtr dolnoprzepustowy, co oznacza, że ​​wysokie częstotliwości są tłumione. Im dłuższy kabel, tym silniejszy jest ten efekt.

Impulsy, ze względu na ich szybki wzrost i spadek, mają dość szybkie komponenty częstotliwości. Jeśli te wysokie częstotliwości są tłumione, twój impuls „rozmazuje się” w czasie i otrzymujesz pożądany wynik, który zamieściłeś w swoim pytaniu.

Być może warto byłoby pomyśleć o tym inaczej. Zamiast przepychać prąd, udawaj, że masz bardzo długą rurkę, trochę wody (pod ciśnieniem) i zawór.

Jeśli włączysz zawór na jednym końcu rury, upłynie pewien czas, zanim ciśnienie w rurce wzrośnie i przepchniesz wodę. Na drugim końcu woda w końcu wypłynie, ale w miarę powolnego wzrostu przepływu, a następnie powolnego spadku.

Jeśli wystarczająco szybko włączysz i wyłączysz wodę, po prostu pojawi się ona na drugim i jako umiarkowany przepływ.

Jak wspomniano w innym miejscu, pod względem elektrycznym wynika to z pojemności i indukcyjności długiego kabla. Im dłuższy kabel / rura, tym większy pozorny efekt wygładzenia. Powody (fizyka) i matematyka mogą być różne, ale wyniki rymują się i mam nadzieję, że to pomoże ci zrozumieć.

Nieskończenie ostre krawędzie sygnału wymagają nieskończonej szerokości pasma do transmisji, co nie jest możliwe w przypadku przewodów rzeczywistych. Wykonany z wystarczająco długiego drutu, przepuszcza tylko niskie częstotliwości, a wysokie częstotliwości są tłumione, więc ostre ostre krawędzie zostają rozmazane na wolniejsze, faliste krawędzie, a zatem musisz wysłać dłuższe impulsy, aby zobaczyć, jak napięcie powoli rośnie do odpowiedniego poziomu wykrywania na otrzymywanie końca. Sygnały ulegają degradacji, ponieważ każda jednostka długości drutu miedzianego może być traktowana jako szeregowy opór z indukcyjnością, a także ma zbłąkaną równoległą pojemność i odporność na wyciek do otoczenia, w przeciwnym razie ten model jest znany jako linia transmisyjna. Rezystancja szeregowa o równoległej pojemności jest filtrem dolnoprzepustowym. Pojemność i indukcyjność tworzą tak zwaną impedancję charakterystyczną linii przesyłowej, a jeśli końce nadawcze i odbiorcze nie pasują do impedancji linii przesyłowej, impuls napięcia odbija się z powrotem na drut do pewnego stopnia, tak więc ping-pongi do przodu i do tyłu w przewodzie, dopóki nie ustabilizują się. Gdy impuls napięcia przemieszcza się w drucie z prędkością około dwóch trzecich prędkości światła, to wszystko o ile sygnał ulega degradacji, gdy przechodzi przez linię transmisyjną lub ciągle odbija się między końcami linii transmisyjnej, determinuje szybkość sygnałów i jak daleko można je przesyłać bez nadmiernej degradacji.