Biri aniden açılıp kapanan kısa elektrik akımı patlamaları gönderirse, alıcı neden düzgün bir akım alır?

Bilgi Teorisine Giriş: Semboller, Sinyaller ve Gürültü , John R. Pierce, şunları söylüyor:

Morse'nin yeraltı teliyle karşılaştığı zorluk önemli bir sorun olmaya devam etti. Sabit bir elektrik akımını eşit derecede iyi ileten farklı devreler, elektrik iletişimine eşit şekilde uymak zorunda değildir. Bir yeraltı veya denizaltı devresi üzerinden noktalar ve çizgiler çok hızlı gönderilirse, alıcı uçta birlikte çalışırlar. Şekil II-1'de belirtildiği gibi, aniden açılıp kapanan kısa bir akım patlaması gönderdiğimizde, devrenin uzak ucunda daha uzun, düzgün bir yükseliş ve akım düşüşü alırız. Bu daha uzun akım akışı, örneğin akımın olmaması olarak gönderilen başka bir sembolün akımıyla çakışabilir. Dolayısıyla, Şekil II-2'de gösterildiği gibi, açık ve belirgin bir sinyal iletildiğinde, yorumlanması zor olan, belirsiz bir şekilde dolaşan bir akım yükselişi ve düşüşü olarak alınabilir.

Tabii ki, noktalarımızı, boşluklarımızı ve kısa çizgilerimizi yeterince uzun yaparsak, uzak uçtaki akım gönderen uçtaki akımı daha iyi takip edecektir, ancak bu iletim hızını yavaşlatır. Belirli bir iletim devresi ile bir şekilde noktalar ve boşluklar için sınırlı bir iletim hızı olduğu açıktır. Denizaltı kabloları için bu hız telgraf sorununa yol açacak kadar yavaştır; kutuplardaki teller için telgrafları rahatsız etmeyecek kadar hızlıdır. İlk telgrafçılar bu sınırlamanın farkındaydılar ve iletişim teorisinin de kalbinde yatıyorlar.

Elektrik mühendisliği geçmişi olmayan biri olarak, tarif edilen fenomeni şaşırtıcı buluyorum. Biri aniden açılıp kapanan kısa elektrik akımı patlamaları gönderirse, devrenin tipine bağlı olarak, alıcının gönderilen ayrı akımlardan ziyade düzgünleştirilmiş bir akım alabileceği neden doğrudur? Belki, saf bir şekilde, alınan sinyallerin gönderilen sinyallerin özdeş olmasını bekleyebilir miyiz?

Eğer insanlar bunu bir elektrik mühendisliği geçmişi olmayan biri tarafından anlaşılabilecek bir dil kullanarak cevaplamak için zaman ayırabilirse çok memnun olurum.

Kablonuz alçak geçiren bir filtre gibi davranır, bu da yüksek frekansların sönümlendiği anlamına gelir. Kablo ne kadar uzun olursa, bu etki o kadar güçlü olur.

Dürtü, hızlı yükselme ve düşme nedeniyle oldukça hızlı frekans bileşenlerine sahiptir. Bu yüksek frekanslar sönümlenirse, dürtünüz zaman içinde "bulaşır" ve sorunuza gönderdiğiniz istenen sonucu elde edersiniz.

Belki de farklı düşünmek faydalı olabilir. Elektriği etrafta itmek yerine, çok uzun bir borunuz, biraz su (basınçta) ve bir vananız olduğunu varsayalım.

Borunun bir ucundaki valfi açarsanız, boruyu basınçlandırmak ve suyu zorlamak belirli bir zaman alacaktır. Diğer ucunda, su sonunda çıkacaktır, ancak akışta yavaş bir artış ve ardından yavaş bir azalma olacaktır.

Suyu yeterince hızlı bir şekilde açar ve kapatırsanız, sadece diğerinde ve ılımlı bir akış olarak görünecektir.

Başka yerlerde de belirtildiği gibi, elektriksel açıdan, bu uzun kablonun kapasitansından ve endüktansından kaynaklanmaktadır. Kablo / boru ne kadar uzun olursa, belirgin yumuşatma etkisi o kadar büyük olur. Sebepler (fizik) ve matematik farklı olabilir, ancak sonuçlar kafiyedir ve umarım bu anlamanıza yardımcı olur.

Sinyalin sonsuz keskin kenarları, iletmek için gerçek dünya kablolarıyla mümkün olmayan sonsuz bant genişliğine ihtiyaç duyar. Yeterince uzun bir tel alındığında, sadece düşük frekansları geçer ve yüksek frekanslar zayıflar, böylece keskin hızlı kenarlar daha yavaş dalgalı kenarlara bulaşır ve bu nedenle voltajın yavaşça uygun algılama seviyesine yavaşça yükselmesi için daha uzun darbeler göndermeniz gerekir. alıcı uç. Bakır telin her birim uzunluğu endüktanslı bir seri direnç olarak düşünülebilir ve aynı zamanda çevresine kaçak paralel kapasitans ve sızıntı direncine sahiptir, aksi takdirde bu model bir iletim hattı olarak bilinir. Paralel kapasitanslı seri direnç, düşük geçişli bir filtredir. Kapasitans ve endüktans, iletim hattının karakteristik empedansı olarak bilinen şeyi oluşturur, ve verici ve alıcı uçlar iletim hattı empedansıyla eşleşmezse, bir voltaj darbesi bir dereceye kadar kabloya geri yansıyacaktır, böylece tel yerleşene kadar telin içinde ileri geri hareket eder. Voltaj darbesi kabloda ışık hızının yaklaşık üçte ikisinde dolaşırken, tüm bunlar sinyalin iletim hattından geçtiğinde veya iletim hattının uçları arasında sıçramaya devam ederken ne kadar azaldığını ve ne kadar hızlı sinyal iletebileceğinizi ve nasıl belirleyeceğini belirler. çok fazla bozulmadan onları iletebilirsiniz.