Фотохромизм - изменение окраски (спектра поглощения) под действием света. Вместе с изменением цвета вещество обычно меняет и другие химико-физические характеристики.
Фоторефракция - изменение показателя преломления вещества под действием света.
Параллельно с этим вещество может менять и другие химико-физические характеристики.
37. Принципы отображения визуальной информации. Алфавитно-цифровые и графические (аналоговые) мониторы.
RGB - аддитивная модель, описывающая синтез цвета для цветовоспроизведения. Выбор основных цветов обусловлен физиологией восприятия цвета сетчаткой глаза.
Монитор - устройство, предназначенное для визуального отображения динамической информации.
Состоит из корпуса, блока питания, плат управления и экрана. Информация
(видеосигнал) для вывода поступает на монитор с компьютера с видеокарты, либо с другого устройства, формирующего видеосигнал.
По характеру выводимой информации:
Алфавитно-цифровые – для вывода алфавитно-цифровой информации и «псевдографических» символов.
Графические - вывод текстовой и графической (в том числе, видео) информации.
По размерности отображения: двухмерный (2D) - одно изображение для обоих глаз. трехмерный (3D) - для каждого из глаз формируется свое собственное изображение.
38. Электронно-лучевая трубка (ЭЛТ). Физические процессы в ЭЛТ: термоэлектронная эмиссия, отклонение, фокусировка, люминесценция.
ЭЛТ (CRT) - электровакуумный прибор, для преобразования информации, представленной в форме электрического сигнала, в оптический сигнал. В ЭЛТ используются сфокусированные потоки электронов, управляемые по интенсивности и положению в пространстве.
Термоэлектронная эмиссия (эффект Ричардсона, эффект Эдисона) — явление испускания электронов нагретыми телами.
Внутри ЭЛТ - глубокий вакуум. Пучок электронов формирует электронная пушка. Катод, нагретый нитью накала, испускает электроны. Плотностью потока частиц управляют, меняя напряжение на модуляторе. Далее этот пучок фокусируют, а его частицы ускоряют до энергий 20 кэВ. Система отклонения задает точку на экране, в которую он попадет. В телевизионных ЭЛТ для отклонения используют магнитное поле (требуются большие углы). В ЭЛТ осциллографов – электростатика
(более высокое быстродействие). Далее пучок попадает на экран, покрытый люминофором. За счет такой бомбардировки частицы люминофора светятся.
Причем чем больше плотность потока электронов, тем ярче светится экран.
39. Формирование изображения в ЭЛТ, строчная (чересстрочная и прогрессивная) и кадровая развертки. Отображение цвета.
Внутри ЭЛТ - глубокий вакуум. Пучок электронов формирует электронная пушка. Катод, нагретый нитью накала, испускает электроны. Плотностью потока частиц управляют, меняя напряжение на модуляторе. Далее этот пучок фокусируют, а его частицы ускоряют до энергий 20 кэВ. Система отклонения задает точку на экране, в которую он попадет. В телевизионных ЭЛТ для отклонения используют магнитное поле (требуются большие углы). В ЭЛТ осциллографов – электростатика
(более высокое быстродействие). Далее пучок попадает на экран, покрытый люминофором. За счет такой бомбардировки частицы люминофора светятся. Причем чем больше плотность потока электронов, тем ярче светится экран.
Частоты вертикальной (кадровой) развертки 25 Гц и горизонтальной (строчной) 16 кГц выбраны так, что слишком быстро двигающееся для глаза пятно переменной яркости формирует на экране статическое изображение.
Чересстрочная развёртка — метод телевизионной развёртки, при котором каждый кадр разбивается на два полукадра (или поля), составленные из строк, выбранных через одну.
Прогрессивная развёртка (Построчная развёртка) — метод телевизионной развёртки, при котором для отображения, передачи или хранения движущихся изображений все строки каждого кадра отображаются последовательно.
Цветное изображение на экране монитора в соответствии с теорией цвета формируется за счет смешивания (глазом) трех базовых цветов: красного, зеленого и синего. В мониторах может использоваться и более сложная система смешивания цветов, соответствующая, например, массиву цветных фильтров шаблона Байера.
40. «Плоские» мониторы: жидкокристаллические (LCD) дисплеи и их типы, плазменные
(газоразрядные PDP) мониторы, дисплеи на основе автоэлектронной эмиссии (FED),
OLED дисплеи и электронная бумага.
FED -
дисплей с автоэлектронной эмиссией, которая позволяет задействовать не три, а много миниатюрных электронных пушек.
Плазменная панель (PDP) – газоразрядный монитор, работа которого основана на свечении люминофора под действием ультрафиолетового излучения, возникающего при электрическом разряде в ионизированном газе (плазме).
Жидкий кристалл – вид жидкого состояния вещества, которое характеризуется определенным позиционным и/или ориентационным упорядочением молекул.
В зависимости от расположения молекул, согласно классификации Фриделя (Франция), различают три основных типа ЖК: смектические, нематические и холестерические.
Органический светодиод (OLED) – п/п прибор, изготовленный из органических соединений, который испускает свет при пропускании через него тока.
В OLED дисплеях как и в ЖК мониторах можно использовать пассивные и активные (AMOLED) матрицы. В активных матрицах применяются TFT на основе поликристаллического кремния.
Электронная бумага - технология отображения информации, имитирующая печать на бумаге и основанная на явлении электрофореза. Изображение формируется в отраженном свете и может храниться очень долго. Электрическая энергия затрачивается лишь на его изменение.
41. Ввод и вывод информации в ЭВМ. Цифро-аналоговое и аналого-цифровое преобразование. Принципы реализации. Разрядность и погрешности ЦАП и АЦП.
Аналого-цифровой преобразователь (АЦП) - устройство, преобразующее входной аналоговый сигнал в цифровой сигнал (дискретный код). Обратное преобразование осуществляется при помощи ЦАП (цифро-аналогового преобразователя). Как правило, АЦП – электронное устройство, преобразующее напряжение в двоичный цифровой код. Простейшим одноразрядным двоичным
АЦП является компаратор. Разрядность АЦП характеризует количество дискретных значений, которые преобразователь может выдать на выходе. В двоичных АЦП разрядность измеряется в битах. Большинство АЦП - линейные, что означает, что диапазон входных значений по линейному закону связан с цифровым выходным значением.
42. Понятие о цифровом методе хранения и передачи аналоговой информации.
Цифровой метод хранения данных,
равно как и запись на носители, подразумевает описание информации в виде цифр, как правило, это представляется через 1 и 0.
43. Ввод оптического изображения в ЭВМ: приборы с зарядовой связью (ПЗС). Принцип действия ПЗС-камеры.
ПЗС - прибор с зарядовой связью - прибор со считыванием накопленного электрического заряда методом последовательного сдвига этого заряда от одной ячейки к другой.
ПЗС - это матрица очень близко расположенных МДП - конденсаторов.
На поверхности полупроводника, накрытой тонким ( 0.1 мкм) слоем диэлектрика, находится система прозрачных электродов. Причем расстояния между соседними элементами в этой системе столь малы, что оказываются существенны эффекты взаимного влияния соседей.
Работа ПЗС основана на возникновении (фотоэффект), хранении и направленной передаче зарядовых пакетов в потенциальных ямах, образующихся в приповерхностном слое полупроводника при приложении к электродам внешних электрических напряжений.
44. Принципы отображения информации на твердых носителях - принтеры и плоттеры.
Алфавитно-цифровые и графические принтеры. Матричные, струйные, лазерные и светодиодные принтеры. Цветная печать.
С помощью алфавитно-цифровых принтеров можно выводить только символьную и текстовую информацию. В графических принтерах любое изображение формируется из множества мелких
(0,1 … 0,3 мм) точек, нанесенных на бумагу в необходимом порядке. В настоящее время
применяются практически исключительно графические печатные устройства. По способу нанесения красящих точек их разделяют на три основных вида: матричные, струйные, лазерные.
Матричный принтер: печатающая головка - несколько электромагнитов с тонкими металлическими иглами, размещенными перпендикулярно бумаге. Головка движется вдоль строки, а иглы в нужный момент ударяют по бумаге через красящую ленту.
В основе лазерной и светодиодной печати лежит принцип электрографии:
1. Источник освещает заряженную поверхность фотчувствительного вала 2. На освещенных местах поверхности меняется заряд и к ним притягивается тонер 3. С поверхности фотовала тонер переносится электростатическими силами на бумагу 4. Здесь перенесенный тонер закрепляется под действием высокой температуры и давления.
Четырехцветная схема CMYK (Cyan, Magenta, Yellow, Key color) - схема формирования цвета, используемая в полиграфии для стандартной триадной печати на белом фоне.
Первые три цвета являются парными комбинациями цветов схемы RGB, а в качестве четвертого используется черный - дополнительный цвет к аналогичной тройной комбинации.
В струйных принтерах изображение формируется каплями (объем до 10^-12 л) чернил, выбрасываемых на бумагу через микроскопические сопла.
Графопостроитель, плоттер — устройство для автоматического вычерчивания с большой точностью рисунков, схем, сложных чертежей, карт и другой графической информации на бумаге размером до A0 или кальке. Графопостроители рисуют изображения с помощью пера (пишущего блока).
45. Методы кодирования информации: амплитудная, фазовая и частотная модуляция.
Модуляция - процесс изменения одного или нескольких параметров высокочастотного несущего колебания по закону низкочастотного информационного сигнала (сообщения). Передаваемая информация содержится в управляющем (модулирующем) сигнале, а переносчиком информации является высокочастотное колебание, называемое несущим, характеристики которого заведомо известны.
В качестве несущего могут быть использованы колебания различной формы (прямоугольные, треугольные и т. д.), однако чаще всего применяются гармонические колебания. В зависимости от того, какой из
параметров несущего колебания изменяется, различают виды модуляции: амплитудная, частотная, фазовая и др. Модуляция дискретным сигналом называется цифровой модуляцией.
Амплитудная модуляция — вид модуляции, при которой изменяемым параметром несущего сигнала является его амплитуда.
Фазовая модуляция — один из видов модуляции колебаний, при которой фаза несущего колебания управляется информационным сигналом.
Частотная модуляция — вид аналоговой модуляции, при котором информационный сигнал управляет частотой несущего колебания. По сравнению с амплитудной модуляцией здесь амплитуда остаётся постоянной.
46. Распределенные линии для разных диапазонов частот. Двухпроводная линия и радиоканал. Телеграфное уравнение. Скорость распространения сигналов в линии.
Волновое сопротивление. Согласование линии с нагрузкой.
Телеграфные уравнения - линейные дифференциальных уравнения, описывающие распределение напряжения и тока в линии электропередачи и следующие из уравнений
Максвелла. Уравнения получены Хевисайдом и применимы ко всем многопроводным линиям, включая телеграфные, радиочастотные, телефонные, силовые линии и линии
постоянного тока. Линия полагается состоящей из бесконечной цепи двухполюсников, каждый из которых эквивалентен ее бесконечно короткому участку.
Радиоканал - канал связи, в котором передача информации осуществляется с помощью радиоволн. Включает среду распространения радиоволн и устройства преобразования электрических сигналов в электромагнитное излучение (радиопередающее устройство) и электромагнитное излучение в электрические сигналы (радиоприемное устройство).
Длинная линия - регулярная линия электропередачи, длина которой превышает длину волны колебаний, распространяющихся в ней, а расстояние между проводниками, из
которых она состоит, значительно меньше этой длины волны.
Основной недостаток двухпроводной линии – ее открытость, т.е. допускается излучение электромагнитных волн в окружающее пространство и прием электромагнитных волн из окружающего пространства. Это приводит к потерям мощности и влиянию внешних помех на передачу сигнала.
Волновое сопротивление — характеристика среды распространения волнового возмущения. Единица измерения — Ом.
В электродинамике волновое сопротивление линий передачи — отношение амплитуды напряжения бегущей волны к амплитуде силы тока бегущей волны. (Бегущие волны могут присутствовать и в других режимах) Зависит от таких параметров линии, как ёмкость, диэлектрическая проницаемость материала проводника (зависит от частоты работы генератора сигнала), индуктивность и сопротивление на единицу длины.
Согласование (в электронике) сводится к правильному выбору сопротивлений генератора
(источника), линии передачи и приёмника (нагрузки).
47. Линии передачи. Коаксиальный кабель и витая пара. Оптические волокна и волоконно-оптические кабели. Распространение света по оптическим волокнам.
Линия передачи — протяжённое на всём расстоянии от точки передачи до точки приёма устройство, ограничивающее область распространения электромагнитных колебаний и направляющее поток электромагнитной энергии в заданном направлении.
Коаксиальный кабель— электрический кабель, состоящий из расположенных соосно центрального проводника и экрана.
Устройство коаксиального кабеля 1 — внутренний проводник (провод), 2 — изоляция
(полиэтилен), 3 — внешний проводник (оплетка), 4 — оболочка (полиэтилен).
Витая пара - тип кабеля связи в форме одной или нескольких пар изолированных проводников, скрученных между собой (с небольшим числом витков на единицу длины) и покрытых пластиковой оболочкой.
Оптическое волокно — нить из оптически прозрачного материала (стекло, пластик), используемая для переноса света внутри себя посредством полного внутреннего отражения.
Волоконная оптика — раздел прикладной науки и машиностроения, описывающий такие волокна.
Кабели на базе оптических волокон используются в волоконно-оптической связи, позволяющей передавать информацию на большие расстояния с более высокой скоростью передачи данных, чем в электронных средствах связи. В ряде случаев они также используются при создании датчиков.
Оптическое волокно имеет круглое сечение и состоит из сердцевины и оболочки. Показатель преломления сердцевины выше, чем оболочки. Например, если показатель преломления оболочки равен 1,474, то сердцевины - 1,479. Поэтому свет, направленный в сердцевину, так по ней и распространяться.
Возможны более сложные конструкции: вместо ступенчатого изменения показателя преломления могут использоваться волокна с градиентным профилем показателя преломления, форма сердцевины может отличаться от цилиндрической. Такие конструкции обычно нужны для удержания поляризации, снижения потерь, изменения дисперсии и др.
48. Оптические моды, дисперсия мод, критическая длина волны. Градиентные волокна, волокна со ступенчатым профилем показателя преломления.
Волокна делят на ступенчатые и градиентные. В ступенчатых - показатель преломления от оболочки к сердцевине меняется скачком. В градиентных - показатель преломления сердцевины плавно растет от края к центру. Благодаря этому снижается роль дисперсии. Профиль показателя преломления градиентного волокна может быть параболическим, треугольным, ломаным и т.д.
Оптические волокна могут быть одномодовыми и многомодовыми. Диаметр сердцевины одномодовых волокон составляет от 7 до 10 микрон. Благодаря малому диаметру достигается передача по волокну
лишь одной моды электромагнитного излучения, за счёт чего исключается влияние дисперсионных искажений. В настоящее время практически все производимые волокна являются одномодовыми.
В многомодовом оптическом волокне со ступенчатом профилем, моды распространяются по оптическим путям разной длинны и поэтому приходят к концу световода в разное время. Эта дисперсия может быть значительно уменьшена.
В общем случае дисперсия определяется тремя основными факторами: различием в скорости распространения разных мод, направляющими свойствами оптического волокна, физическими параметрами материала волокна.
Критическая длина волны:
, где Pmn – табличный параметр, характеризующий тип волны(моду).
49. Оптические передатчики и приемники: свето- и фотодиоды, полупроводниковые лазеры. Предельная скорость передачи информации. Оптические солитоны.
Светодиод или светоизлучающий диод — полупроводниковый прибор с электронно-дырочным переходом, создающий оптическое излучение при пропускании через него электрического тока.
Излучаемый свет лежит в узком диапазоне спектра. Его спектральные характеристики зависят во многом от химического состава использованных в нём полупроводников.
Фотодиод — приёмник оптического излучения, который преобразует попавший на его фоточувствительную область свет в электрический заряд за счёт процессов в p-n-переходе.
Полупроводниковый лазер — твердотельный лазер, в котором в качестве рабочего вещества используется полупроводник. В таком лазере, в отличие от лазеров других типов (в том числе и других твердотельных), используются излучательные переходы не между изолированными уровнями энергии атомов, молекул и ионов, а между разрешенными энергетическими зонами или подзонами кристалла.
Временное уплотнение (TDM) - увеличение частоты передачи сигналов, т.е. использование при передаче (в цифровом режиме кодирования) импульсных сигналов минимальной длительности и скважности.
Один из способов реализации принципа TDM - использование сверхкоротких (длительность 1-10 пс) световых импульсов - солитонов. Считается, что именно в этом случае будут достигнуты предельные (Тбит/с) скорости передачи данных по одномодовому волокну.
50. Реализация устойчивых одно- и многоэлектронных состояний в различных системах.
Предельные размеры, быстродействие и энергозатраты. Нанотехнологии и новые материалы.
Потенциальная яма - область пространства, где присутствует локальный минимум потенциальной энергии частицы частицы. При отклонении частицы от точки, соответствующей минимуму потенциальной энергии возникает сила, направленная в противоположную отклонению сторону.
Скачать 1.15 Mb.