سگنل پروسیسنگ کیسے کام کرتی ہے۔

سگنل کیا ہے؟

سگنل کوئی بھی جسمانی متغیر ہے جس کی قدر یا وقت کے ساتھ اس کی تبدیلی معلومات پر مشتمل ہوتی ہے۔ یہ معلومات تقریر اور موسیقی، یا جسمانی مقدار جیسے ہوا کے درجہ حرارت یا کمرے کی روشنی سے متعلق ہو سکتی ہے۔ جسمانی متغیرات جو برقی نظام میں معلومات لے سکتے ہیں۔ وولٹیج اور کرنٹ.

اس مضمون میں، "سگنلز" سے ہمارا مطلب بنیادی طور پر وولٹیج یا کرنٹ ہے۔ تاہم، یہاں زیر بحث زیادہ تر تصورات ان سسٹمز کے لیے درست رہتے ہیں جن میں دیگر متغیرات معلوماتی کیریئر ہو سکتے ہیں۔ اس طرح، مکینیکل سسٹم (متغیرات—قوت اور رفتار) یا ہائیڈرولک نظام (متغیر—دباؤ اور بہاؤ) کے رویے کو اکثر ایک مساوی برقی نظام کے ذریعے ظاہر کیا جا سکتا ہے، یا جیسا کہ کہا جاتا ہے، نقلی۔ لہذا، برقی نظاموں کے رویے کو سمجھنا مظاہر کی بہت وسیع رینج کو سمجھنے کی بنیاد فراہم کرتا ہے۔

ینالاگ اور ڈیجیٹل سگنل

ایک سگنل دو شکلوں میں معلومات لے جا سکتا ہے۔ ینالاگ سگنل وولٹیج یا کرنٹ کے وقت میں مسلسل تبدیلی کی صورت میں معلومات لے جاتا ہے۔ ینالاگ سگنل کی ایک مثال کی طرف سے پیدا وولٹیج ہے تھرموکوپل جنکشن پرمختلف درجہ حرارت پر۔ جب جنکشن کے درمیان درجہ حرارت کا فرق بدل جاتا ہے، تو تھرموکوپلز کے پار وولٹیج بدل جاتا ہے۔ اس طرح، وولٹیج درجہ حرارت کے فرق کی ینالاگ نمائندگی کرتا ہے۔

تھرموکوپل - دو متضاد دھاتوں کا مرکب، جیسے کاپر اور کنسٹنٹان۔ دو جنکشنوں سے پیدا ہونے والا وولٹیج ان کے درمیان درجہ حرارت کے فرق کی پیمائش کے لیے استعمال ہوتا ہے۔

یہ ایک اور قسم کا سگنل ہے۔ ڈیجیٹل سگنل… یہ دو الگ الگ شعبوں میں قدریں لے سکتا ہے۔ اس طرح کے سگنلز کو آن/آف یا ہاں-نہیں معلومات کی نمائندگی کرنے کے لیے استعمال کیا جاتا ہے۔

مثال کے طور پر، ہوم تھرموسٹیٹ ہیٹر کو کنٹرول کرنے کے لیے ڈیجیٹل سگنل تیار کرتا ہے۔ جب کمرے کا درجہ حرارت پہلے سے طے شدہ قدر سے نیچے گر جاتا ہے، تو تھرموسٹیٹ سوئچ رابطوں کو بند کر دیتا ہے اور ہیٹر کو آن کر دیتا ہے۔ کمرے کا درجہ حرارت کافی زیادہ ہونے کے بعد، سوئچ ہیٹر کو بند کر دیتا ہے۔ سوئچ کے ذریعے کرنٹ درجہ حرارت میں تبدیلی کی ڈیجیٹل نمائندگی کرتا ہے: آن بہت ٹھنڈا ہے اور بند بہت گرم ہے۔

چاول۔ 1. اینالاگ اور ڈیجیٹل سگنلز

سگنل پروسیسنگ سسٹم

سگنل پروسیسنگ سسٹم ایک دوسرے سے جڑے ہوئے اجزاء اور آلات کا ایک مجموعہ ہے جو ان پٹ سگنل (یا ان پٹ سگنلز کے گروپ) کو قبول کر سکتا ہے، معلومات کو نکالنے یا اس کے معیار کو بہتر بنانے کے لیے سگنلز پر مخصوص طریقے سے عمل کر سکتا ہے، اور آؤٹ پٹ پر معلومات پیش کر سکتا ہے۔ مناسب شکل اور مناسب وقت پر۔

جسمانی نظاموں میں بہت سے برقی سگنل ایسے آلات سے پیدا ہوتے ہیں جنہیں کہا جاتا ہے۔ سینسر… ہم پہلے ہی ایک اینالاگ سینسر کی ایک مثال بیان کر چکے ہیں — ایک تھرموکوپل۔ یہ درجہ حرارت کے فرق (ایک جسمانی متغیر) کو وولٹیج (ایک برقی متغیر) میں تبدیل کرتا ہے۔ عام طور پر سینسر - ایک ایسا آلہ جو جسمانی یا مکینیکل مقدار کو مساوی وولٹیج یا موجودہ سگنل میں تبدیل کرتا ہے۔ تاہم، تھرموکوپل کے برعکس، زیادہ تر سینسرز کو کام کرنے کے لیے کسی نہ کسی قسم کے برقی جوش کی ضرورت ہوتی ہے۔

سسٹم کے آؤٹ پٹ پر سگنلز کا انتخاب مختلف شکلوں میں کیا جا سکتا ہے، اس بات پر منحصر ہے کہ ان پٹ سگنلز میں موجود معلومات کو کس طرح استعمال کیا جائے گا۔ معلومات کو یا تو اینالاگ شکل میں ظاہر کیا جا سکتا ہے (مثال کے طور پر، ایک ڈیوائس کا استعمال کرتے ہوئے جس میں تیر کی پوزیشن دلچسپی کے متغیر کی قدر کی نشاندہی کرتی ہے) یا ڈیجیٹل شکل میں (ڈسپلے پر ڈیجیٹل عناصر کے نظام کا استعمال کرتے ہوئے جو ایک نمبر دکھاتا ہے۔ ہمارے لئے دلچسپی کی قدر کے مطابق)۔

دیگر امکانات یہ ہیں کہ آؤٹ پٹ سگنلز کو ساؤنڈ انرجی (لاؤڈ اسپیکر) میں تبدیل کریں، انہیں کسی دوسرے سسٹم کے لیے ان پٹ سگنلز کے طور پر استعمال کریں، یا انہیں کنٹرول کے لیے استعمال کریں۔ آئیے ان واقعات میں سے کچھ کو واضح کرنے کے لیے کچھ مثالیں دیکھتے ہیں۔

مواصلاتی نظام

ایک ایسے مواصلاتی نظام پر غور کریں جس کے ان پٹ سگنلز تقریر، موسیقی، یا کسی قسم کا ڈیٹا ہو سکتا ہے جو ایک جگہ پر تیار کیا جاتا ہے اور اصل ان پٹ سگنل کو درست طریقے سے بازیافت کرنے کے لیے طویل فاصلے تک قابل اعتماد طریقے سے منتقل کیا جاتا ہے۔

مثال کے طور پر، FIG. 2 ایک روایتی طول و عرض ماڈیولیشن (AM) براڈکاسٹ سسٹم کا اسکیمیٹک خاکہ ہے۔AM ماڈیولیشن میں، ریڈیو فریکوئنسی سگنل کا طول و عرض (چوٹی سے چوٹی) کم فریکوئنسی سگنل (آڈیو سگنل جو آواز کی تعدد سے مطابقت رکھتا ہے) کی شدت کے مطابق بدلتا ہے۔

چاول۔ 2. طول و عرض ماڈیولیشن کے ساتھ نشریاتی مواصلاتی نظام

اے ایم ریڈیو براڈکاسٹنگ سسٹم کا ٹرانسمیٹر ان پٹ ڈیوائس (مائیکروفون) سے ان پٹ سگنل اٹھاتا ہے، اس سگنل کو ریڈیو فریکوئنسی سگنل کے طول و عرض کو کنٹرول کرنے کے لیے استعمال کرتا ہے (ہر ریڈیو اسٹیشن کی اپنی مخصوص ریڈیو فریکوئنسی ہوتی ہے)، اور ریڈیو فریکوئنسی کرنٹ آؤٹ پٹ ڈیوائس (اینٹینا) چلاتا ہے جو خلا میں خارج ہونے والی برقی مقناطیسی لہریں پیدا کرتا ہے۔

وصول کرنے والا نظام ایک ان پٹ ڈیوائس (اینٹینا)، ایک پروسیسر (رسیور) اور آؤٹ پٹ ڈیوائس (لاوڈ اسپیکر) پر مشتمل ہوتا ہے۔ ریسیور اینٹینا سے موصول ہونے والے نسبتاً کمزور سگنل کو بڑھاتا ہے (مضبوط بناتا ہے)، دوسرے تمام ٹرانسمیٹر کے سگنلز سے مطلوبہ ریڈیو فریکوئنسی کے سگنل کو منتخب کرتا ہے، ریڈیو فریکوئنسی سگنل کے طول و عرض میں تبدیلی کی بنیاد پر آڈیو سگنل کی تشکیل نو کرتا ہے، اور اس آڈیو سگنل کے ساتھ اسپیکر کو پرجوش کرتا ہے۔

پیمائش کا نظام

پیمائش کے نظام کا کام کسی مخصوص جسمانی نظام کے رویے کے بارے میں متعلقہ سینسر سے معلومات حاصل کرنا اور اس معلومات کو رجسٹر کرنا ہے۔ اس طرح کے نظام کی ایک مثال ڈیجیٹل تھرمامیٹر ہے (تصویر 3)۔

چاول۔ 3. ڈیجیٹل تھرمامیٹر کا فنکشنل ڈایاگرام

دو تھرموکوپل کنکشن — ایک جسم کے ساتھ تھرمل رابطے میں جس کا درجہ حرارت ناپا جانا ہے، دوسرا برف کے کنٹینر میں ڈوبا ہوا (ایک مستحکم حوالہ نقطہ حاصل کرنے کے لیے) — ایک وولٹیج پیدا کرتا ہے جو جسم اور برف کے درمیان درجہ حرارت کے فرق پر منحصر ہوتا ہے۔ . یہ وولٹیج پروسیسر میں کھلایا جاتا ہے۔

چونکہ تھرموکوپل وولٹیج درجہ حرارت کے فرق کے بالکل متناسب نہیں ہے، اس لیے سخت تناسب کو حاصل کرنے کے لیے ایک چھوٹی سی اصلاح کی ضرورت ہے۔ تصحیح جاری ہے۔ لکیری سازی کا آلہ… تھرموکوپل سے اینالاگ وولٹیج کو پہلے بڑھایا جاتا ہے (یعنی مزید بناتا ہے)، پھر لکیری اور ڈیجیٹائزڈ ہوتا ہے۔ آخر میں، یہ تھرمامیٹر کے آؤٹ پٹ ڈیوائس کے طور پر استعمال ہونے والے ڈیجیٹل ڈسپلے رجسٹر میں ظاہر ہوتا ہے۔

اگر مواصلاتی نظام کا بنیادی کام ماخذ سگنل کی صحیح نقل منتقل کرنا ہے، تو پیمائش کے نظام کا بنیادی کام عددی طور پر درست ڈیٹا حاصل کرنا ہے۔ لہذا، یہ توقع کی جانی چاہئے کہ اس کی پروسیسنگ کے کسی بھی مرحلے پر سگنل کو بگاڑنے والی چھوٹی غلطیوں کا پتہ لگانا اور ان کا خاتمہ پیمائش کے نظام کے لیے خاص اہمیت کا حامل ہوگا۔

فیڈ بیک کنٹرول سسٹم

اب ایک فیڈ بیک کنٹرول سسٹم پر غور کریں جس میں آؤٹ پٹ پر موجود معلومات سسٹم کو کنٹرول کرنے والے سگنلز کو تبدیل کرتی ہے۔

تصویر 4 میں کمرے کے درجہ حرارت کو برقرار رکھنے کے لیے استعمال ہونے والے تھرموسٹیٹ کا خاکہ دکھایا گیا ہے۔ سسٹم میں کمرے کے درجہ حرارت کا تعین کرنے کے لیے ایک ان پٹ ڈیوائس ہوتا ہے (عام طور پر یہ دو دھاتی پٹیجو درجہ حرارت کے تبدیل ہونے پر جھک جاتا ہے)، مطلوبہ درجہ حرارت (مین ڈائل) کو سیٹ کرنے کا ایک طریقہ کار اور بائی میٹالک ریلے کے ذریعے چلنے والے مکینیکل سوئچز اور ہیٹر کو کنٹرول کرتے ہیں۔

چاول۔ 4. بند لوپ کنٹرول سسٹم کی مثال

اس سادہ سسٹم کو بطور مثال استعمال کرتے ہوئے، جس میں حقیقت میں ایک سوئچ کے علاوہ کوئی برقی عناصر موجود نہیں ہیں، غور کریں۔ رائے کا تصور… فرض کریں کہ تصویر میں فیڈ بیک لائن۔3 ٹوٹا ہوا ہے، یعنی ہیٹر کو آن اور آف کرنے کا کوئی طریقہ کار نہیں ہے۔ پھر کمرے میں درجہ حرارت یا تو ایک خاص حد تک بڑھ جائے گا (ہیٹر کی مستقل شمولیت کے مطابق) یا ایک خاص کم از کم گر جائے گا (اس حقیقت کے مطابق کہ ہیٹر ہر وقت بند رہتا ہے)۔

فرض کریں کہ یہ زیادہ سے زیادہ درجہ حرارت پر بہت گرم ہے اور کم سے کم درجہ حرارت پر بہت ٹھنڈا ہے۔ اس صورت میں ہیٹر کو آن اور آف کرنے کے لیے کچھ «کنٹرول ڈیوائس» فراہم کی جانی چاہیے۔

ایسا "کنٹرول ڈیوائس" وہ شخص ہو سکتا ہے جو ٹھنڈا ہونے پر ہیٹر کو آن کرتا ہے اور گرم ہونے پر اسے بند کر دیتا ہے۔ پہلے سے ہی اس سطح پر، نظام (چہرے کے ساتھ) ایک بند لوپ کنٹرول سسٹم ہے، کیونکہ آؤٹ پٹ سگنل (کمرے کا درجہ حرارت) کے بارے میں معلومات کو کنٹرول سگنلز (ہیٹر کو آن اور آف کرنے) کو تبدیل کرنے کے لیے استعمال کیا جاتا ہے۔

تھرموسٹیٹ خود بخود وہی کرتا ہے جو انسان کرتا ہے، جو کہ ہیٹر کو آن کرنا ہے جب درجہ حرارت سیٹ پوائنٹ سے نیچے آجائے اور دوسری صورت میں اسے بند کر دے۔ بہت سے دوسرے فیڈ بیک سسٹمز ہیں، بشمول وہ جن میں سگنل پروسیسنگ کی جاتی ہے۔ الیکٹرانک آلات کا استعمال.