Якщо людина надсилає короткі сплески електричного струму, які різко включаються та вимикаються, чому приймач отримує згладжений струм?

Вступ до інформаційної теорії: Символи, сигнали та шум , Джон Р. Пірс, говорить наступне:

Важкою проблемою залишалися труднощі, з якими Морзе стикався зі своїм підземним проводом. Різні схеми, які однаково добре проводять постійний електричний струм, не обов'язково однаково підходять для електричного зв'язку. Якщо хтось надсилає крапки і тире занадто швидко над підземним або підводним контуром, вони збираються разом у приймальному кінці. Як зазначено на малюнку II-1, коли ми відправляємо короткий сплеск струму, який різко включається і вимикається, ми отримуємо в дальньому кінці ланцюга більш тривалий, згладжений підйом і падіння струму. Цей довший потік струму може перекривати струм іншого символу, що надсилається, наприклад, як відсутність струму. Таким чином, як показано на малюнку II-2, коли чіткий і чіткий сигнал передається, він може бути сприйнятий як невиразно блукаючий підйом і падіння струму, який важко інтерпретувати.

Звичайно, якщо ми зробимо наші крапки, пробіли та тире досить довгими, ток в дальньому кінці буде краще слідувати за струмом в кінці відправки, але це сповільнює швидкість передачі. Зрозуміло, що певним ланцюгом передачі якимось чином пов'язана обмежувальна швидкість передачі для крапок і пробілів. Для підводних кабелів ця швидкість настільки повільна, що може непокоїти телеграфів; для проводів на полюсах це так швидко, що не турбувати телеграфів. Ранні телеграфісти знали про це обмеження, і воно теж лежить в основі теорії комунікацій.

Як людина, яка не має електротехнічного походження, я вважаю, що описане явище викликає здивування. Якщо хтось надсилає короткі вибухи електричного струму, які різко включаються та вимикаються, чому це правда, що залежно від типу ланцюга приймач може приймати струм згладженого струму, а не дискретні струми, які були надіслані? Можна було б сподіватися наївно, можливо, що отримані сигнали будуть ідентичними поданим сигналам?

Я дуже вдячний, якби люди могли зайняти час, щоб відповісти на це мовою, яку може зрозуміти хтось без електротехнічного профілю.

Ваш кабель поводиться як фільтр низьких частот, а це означає, що високі частоти затухають. Чим довше кабель, тим сильніше цей ефект.

Імпульси, завдяки своєму швидкому підйому і падінню, мають досить швидкі компоненти частоти. Якщо ці високі частоти затухають, ваш імпульс з часом «розмазується», і ви отримуєте бажаний результат, який ви розмістили у своєму запитанні.

Можливо, було б корисно подумати про це інакше. Замість того, щоб штовхати електроенергію навколо, зробіть вигляд, що у вас дуже довга труба, трохи води (під тиском) і клапан.

Якщо ви ввімкнете клапан на одному кінці труби, знадобиться певний час, щоб здійснити тиск на трубу і примусити воду наскрізь. З іншого боку, з часом вода вийде, але як повільне збільшення потоку з подальшим повільним зниженням.

Якщо ви вмикаєте та вимикаєте воду досить швидко, вона просто з’явиться на іншому та як помірний потік.

Як вже згадувалося в електричному плані, це пов'язано з ємністю та індуктивністю довгого кабелю. Чим довше кабель / труба, тим більший очевидний ефект згладжування. Причини (фізика) та математика можуть бути різними, але результати римуються, і, сподіваємось, це допоможе вам зрозуміти.

Нескінченно гострі краї сигналу потребують нескінченної пропускної здатності для передачі, що неможливо з проводами реального світу. Якщо взяти досить довгий провід, він пропускає лише низькі частоти, а високі частоти ослаблені, тому гострі швидкі краї розмазуються в повільніші хвилясті краї, і тому вам потрібно відправити довші імпульси, щоб побачити, як напруга повільно піднімається до належного рівня виявлення на кінець прийому. Сигнали погіршуються, оскільки кожна одиниця довжини мідного дроту може розглядатися як послідовний опір з індуктивністю, і він також має збиту паралельну ємність і опір витоку до оточення, інакше ця модель відома як лінія передачі. Серійний опір з паралельною ємністю - це фільтр низьких частот. Ємність і індуктивність утворюють те, що відомо як характеристичний опір лінії електропередачі, і якщо кінці передачі та прийому не відповідають опору лінії передачі, імпульс напруги відображатиметься певним чином назад до дроту, так що він буде пінг-понгсом вперед і вперед, поки він не осідає. Коли імпульс напруги рухається в дроті приблизно з двома третинами швидкості світла, все це, наскільки сигнал погіршується, коли він проходить по лінії електропередачі або продовжує підстрибувати між кінцями лінії передачі, визначає, наскільки швидкі сигнали ви можете передавати і як далеко ви можете передавати їх, не надто принижуючи їх.