ทฤษฎีข้อมูลเบื้องต้น: สัญลักษณ์สัญญาณและเสียงรบกวนโดย John R. Pierce กล่าวว่า:
ในขณะที่ลิเนียริตี้เป็นสมบัติที่น่าอัศจรรย์อย่างแท้จริงของธรรมชาติ แต่ก็ไม่ได้เป็นสิ่งที่หายาก วงจรทั้งหมดประกอบด้วยตัวต้านทานตัวเก็บประจุและตัวเหนี่ยวนำที่กล่าวถึงในบทที่ 1 ในการเชื่อมต่อกับทฤษฎีเครือข่ายเป็นแบบเส้นตรงและเช่นกันคือสายโทรเลขและสายเคเบิล ที่จริงแล้ววงจรไฟฟ้ามักเป็นแบบเส้นตรงยกเว้นเมื่อมีหลอดสุญญากาศหรือทรานซิสเตอร์หรือไดโอดและบางครั้งแม้แต่วงจรดังกล่าวก็เป็นเส้นตรง
เนื่องจากสายโทรเลขเป็นเส้นตรงซึ่งเป็นเพียงการพูดเพราะสายโทรเลขเป็นเช่นนั้นสัญญาณไฟฟ้าที่พวกเขาทำงานอย่างอิสระโดยไม่ต้องมีปฏิสัมพันธ์กับคนอื่นสัญญาณโทรเลขสองตัวสามารถเดินทางไปในทิศทางตรงกันข้ามกับสายเดียวกันในเวลาเดียวกันโดยไม่รบกวนกัน . อย่างไรก็ตามในขณะที่ความเป็นเชิงเส้นเป็นปรากฏการณ์ที่พบได้บ่อยในวงจรไฟฟ้า แต่ก็ไม่ได้เป็นปรากฏการณ์ทางธรรมชาติที่เป็นสากล รถไฟสองขบวนไม่สามารถเดินทางไปในทิศทางตรงกันข้ามในเส้นทางเดียวกันได้โดยปราศจากสัญญาณรบกวน แม้ว่าพวกเขาจะสามารถคาดเดาได้ถ้าหากปรากฏการณ์ทางกายภาพทั้งหมดที่ประกอบด้วยรถไฟเป็นเส้นตรง ผู้อ่านอาจคาดเดาเกี่ยวกับสิ่งมีชีวิตเชิงเส้นที่ไม่มีความสุขอย่างแท้จริง
คิดเกี่ยวกับเรื่องนี้จากมุมมองทางกายภาพผมสงสัยว่ามันคือการที่สายโทรเลขเป็นเชิงเส้นในแง่ที่ว่าสองสัญญาณโทรเลข (ในคำอื่น ๆ สองกระแสไฟฟ้า) สามารถเดินทางไปในทิศทางตรงข้ามบนเดียวกันลวดในเวลาเดียวกัน โดยไม่รบกวนซึ่งกันและกัน?
ฉันกำลังคิดเกี่ยวกับลวดอย่างไร้เดียงสาว่าเป็นถนนเลนเดียวถนนสองทาง ในการเปรียบเทียบนี้รถยนต์จะสามารถเดินทางไปในทิศทางใดก็ได้ แต่ไม่ใช่ในเวลาเดียวกัน อย่างที่ฉันเข้าใจในของแข็งการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าดังนั้นอิเล็กตรอนจะเป็นรถยนต์ จากคำอธิบายของผู้เขียนเกี่ยวกับความเป็นเส้นตรงสิ่งที่เกิดขึ้นที่นี่กับอิเล็กตรอนที่ทำให้เกิดกระแสพร้อมกันสองทิศทางในปัจจุบัน?
ฉันไม่พบสิ่งใดในหน้าวิกิพีเดียสำหรับวงจรเชิงเส้นที่ทำให้คุณสมบัติทางกายภาพของลิเนียริตี้ชัดเจน
ฉันจะซาบซึ้งอย่างยิ่งถ้าผู้คนสามารถโปรดใช้เวลาชี้แจงนี้
ป.ล. ฉันไม่มีพื้นฐานด้านวิศวกรรมไฟฟ้าดังนั้นคำอธิบายโดยทั่วไปจึงเป็นที่นิยม
แก้ไข: ตามความคิดเห็นจากหัวข้อก่อนหน้าฉันเข้าใจว่าการเปรียบเทียบของฉันจะแม่นยำมากขึ้นถ้าฉันเป็นตัวแทนของอิเล็กตรอนเป็นรถยนต์กันชนสองด้านจากนั้นลองจินตนาการถึงช่องทางสองทางที่พวกเขาอาศัยอยู่ซึ่งเต็มไปด้วยรถยนต์เหล่านี้ดังนั้น การเคลื่อนไหวในทิศทางใดทิศทางหนึ่ง (กระแสไฟฟ้าในทิศทางใดทิศทางหนึ่ง) แสดงด้วยลำดับ "การผลัก / การสะกิด" การเคลื่อนไหวเหมือนคลื่นที่ชุลมุนโดยรถยนต์แต่ละคัน "กระแทก / การสะกิด" เป็นหนึ่งใน "ด้านหน้า" ของมัน (ใน ทิศทางของกระแส)
แก้ไข 2: ฉันเห็นคำตอบมากมายที่บอกฉันว่าแก่นแท้ของความเข้าใจผิดมาจากความจริงที่ว่าฉันคิดว่ากระแสไฟฟ้าและสัญญาณเป็นสิ่งเดียวกัน และคำตอบเหล่านี้ถูกต้องฉันถูกสมมติว่ากระแสไฟฟ้าและสัญญาณเป็นสิ่งเดียวกันเพราะผู้เขียนช่วยให้หมายความว่าพวกเขาเป็นสิ่งเดียวกันในข้อความ (หรือเขาล้มเหลวในการสร้างความแตกต่างอย่างชัดเจนระหว่างสอง)! ดูข้อความที่ตัดตอนมาต่อไปนี้จากบทเดียวกัน:
ในขณะที่มอร์สทำงานกับ Alfred Vail การโค้ดเก่าก็เลิกกันและตอนนี้เรารู้แล้วว่ารหัสมอร์สนั้นถูกประดิษฐ์ขึ้นในปี 1838 ในรหัสนี้ตัวอักษรของตัวอักษรจะถูกแทนด้วยช่องว่างจุดและเครื่องหมายขีดกลาง พื้นที่คือกรณีที่ไม่มีกระแสไฟฟ้าจุดคือกระแสไฟฟ้าในช่วงเวลาสั้น ๆ และเส้นประคือกระแสไฟฟ้าที่มีระยะเวลานานขึ้น
ความยากลำบากที่มอร์สพบกับสายไฟใต้ดินของเขายังคงเป็นปัญหาสำคัญ วงจรที่แตกต่างกันซึ่งมีกระแสไฟฟ้าที่สม่ำเสมอเท่ากันไม่จำเป็นต้องมีความเหมาะสมกับการสื่อสารทางไฟฟ้า หากมีการส่งจุดและขีดกลางเร็วเกินไปผ่านวงจรใต้ดินหรือใต้ทะเลพวกเขาจะทำงานร่วมกันเมื่อสิ้นสุดการรับ ดังที่แสดงไว้ในรูปที่ II-1 เมื่อเราส่งกระแสไฟฟ้าสั้น ๆ ซึ่งเปิดและปิดอย่างกระทันหันเราจะได้รับที่ปลายสุดของวงจรกระแสที่เพิ่มขึ้นและไหลลงของกระแสจะราบรื่นขึ้น การไหลของกระแสที่ยาวกว่านี้อาจทับซ้อนกับกระแสของสัญลักษณ์อื่นที่ส่งไปเช่นไม่มีกระแส ดังนั้นดังที่แสดงไว้ในรูปที่ 2 เมื่อสัญญาณที่ชัดเจนและชัดเจนนั้นอาจได้รับเมื่อการเพิ่มขึ้นหรือลดลงของกระแสไฟฟ้าซึ่งเป็นการยากที่จะตีความ
แน่นอนถ้าเราทำให้จุดช่องว่างและขีดคั่นยาวพอกระแสที่อยู่ไกลสุดจะตามกระแสที่ปลายส่งดีกว่า แต่สิ่งนี้จะทำให้อัตราการส่งช้าลง เป็นที่ชัดเจนว่ามีความเกี่ยวข้องกับวงจรส่งสัญญาณที่กำหนดความเร็วในการส่งสำหรับจุดและช่องว่าง สำหรับสายเคเบิลใต้น้ำความเร็วนี้ช้ามากจนรบกวนผู้โทรเลข สำหรับสายไฟบนเสามันเร็วจนไม่รบกวนโทรเลข นักโทรเลขยุคแรก ๆ ได้ตระหนักถึงข้อ จำกัด นี้และมันก็อยู่ที่หัวใจของทฤษฎีการสื่อสาร
แม้ในการเผชิญกับข้อ จำกัด เกี่ยวกับความเร็วสิ่งต่าง ๆ สามารถทำได้เพื่อเพิ่มจำนวนตัวอักษรที่สามารถส่งผ่านวงจรที่กำหนดในระยะเวลาที่กำหนด เส้นประใช้เวลาสามครั้งในการส่งเป็นจุด ในไม่ช้ามันก็เป็นที่ชื่นชมว่าใคร ๆ ก็สามารถทำได้โดยใช้โทรเลขสองเท่าในปัจจุบัน เราสามารถเข้าใจสิ่งนี้ได้โดยการจินตนาการว่าในตอนท้ายของการรับกัลวาโนมิเตอร์นั้นเป็นอุปกรณ์ที่ตรวจจับและระบุทิศทางการไหลของกระแสเล็ก ๆ เชื่อมต่อระหว่างสายโทรเลขและพื้นดิน ในการระบุจุดผู้ส่งเชื่อมต่อขั้วบวกของแบตเตอรี่ของเขาเข้ากับสายไฟและขั้วลบไปที่กราวด์และเข็มของกระแสไฟฟ้าเคลื่อนที่ไปทางขวา ในการส่งแดชบอร์ดผู้ส่งจะเชื่อมขั้วบวกของแบตเตอรี่ของเขาเข้ากับสายไฟและขั้วบวกกับขั้วบวก และเข็มของกระแสไฟฟ้าเคลื่อนที่ไปทางซ้าย เราบอกว่ากระแสไฟฟ้าในทิศทางเดียว (เป็นเส้นลวด) หมายถึงจุดและกระแสไฟฟ้าในทิศทางอื่น (ออกจากเส้นลวด) หมายถึงเส้นประ ไม่มีกระแสไฟฟ้าเลย (แบตเตอรี่ถูกตัดการเชื่อมต่อ) หมายถึงช่องว่าง ในการโทรเลขกระแสคู่จริงใช้เครื่องมือรับสัญญาณประเภทอื่น
ในโทรเลขกระแสเดียวเรามีสององค์ประกอบที่จะสร้างรหัสของเรา: ปัจจุบันและไม่มีกระแสซึ่งเราอาจเรียก 1 และ 0 ในโทรเลขสองกระแสปัจจุบันเรามีสามองค์ประกอบจริง ๆ ซึ่งเราอาจจำแนกลักษณะเป็นกระแสไปข้างหน้าหรือ กระแสเข้าไปในสาย; ไม่มีกระแสไฟฟ้า กระแสย้อนกลับหรือกระแสออกจากลวด หรือเป็น +1, 0, -1 ที่นี่เครื่องหมาย + หรือ - บ่งบอกทิศทางของการไหลของกระแสและหมายเลข 1 ให้ขนาดหรือความแรงของกระแสซึ่งในกรณีนี้เท่ากับกระแสการไหลในทิศทางใดทิศทางหนึ่ง
ในปี 1874 โทมัสเอดิสันเดินหน้าต่อไป; ในระบบโทรเลขสี่เท่าของเขาเขาใช้ความเข้มของกระแสไฟฟ้าสองเท่ารวมทั้งสองทิศทางของกระแส เขาใช้การเปลี่ยนแปลงความเข้มโดยไม่คำนึงถึงการเปลี่ยนแปลงทิศทางของกระแสในการส่งข้อความหนึ่งและการเปลี่ยนทิศทางของกระแสปัจจุบันโดยไม่คำนึงถึงการเปลี่ยนแปลงของความเข้มเพื่อส่งข้อความอื่น หากเราคิดว่ากระแสจะแตกต่างกันอย่างเท่าเทียมกันหนึ่งจากถัดไปเราอาจเป็นตัวแทนของสี่เงื่อนไขที่แตกต่างกันของการไหลของกระแสโดยวิธีการที่ทั้งสองข้อความจะถูกถ่ายทอดผ่านหนึ่งวงจรพร้อมกันเป็น +3, +1, -1, -3 การตีความของสิ่งเหล่านี้เมื่อสิ้นสุดการรับแสดงอยู่ในตารางที่ 1
รูปที่ II-3 แสดงให้เห็นว่าจุดเส้นประและช่องว่างของข้อความที่เป็นอิสระพร้อมกันสองรายการสามารถแสดงได้โดยการต่อเนื่องของค่าปัจจุบันที่แตกต่างกันสี่ค่า
เห็นได้ชัดว่ามีความเป็นไปได้ที่จะส่งข้อมูลผ่านวงจรมากน้อยเพียงใดขึ้นอยู่กับความเร็วที่สามารถส่งสัญญลักษณ์ต่อเนื่อง (ค่ากระแสต่อเนื่อง) ไปยังวงจร แต่ยังสามารถเลือกได้ว่าจะใช้สัญลักษณ์ต่าง ๆ จำนวนเท่าใด . หากเรามีสัญลักษณ์เพียงสองกระแส +1 หรือ 0 หรือซึ่งมีประสิทธิภาพเท่ากับสองกระแส +1 และ -1 เราสามารถถ่ายทอดไปยังผู้รับเพียงหนึ่งในสองความเป็นไปได้ในแต่ละครั้ง อย่างไรก็ตามเราได้เห็นข้างต้นแล้วว่าหากเราสามารถเลือกหนึ่งในสี่ของค่าปัจจุบัน (หนึ่งในสี่สัญลักษณ์) ในแต่ละครั้งเช่น +3 หรือ + 1 หรือ - 1 หรือ - 1 หรือ - 3 เราสามารถถ่ายทอดโดยใช้วิธี ค่าปัจจุบัน (สัญลักษณ์) ข้อมูลอิสระสองชิ้น: ไม่ว่าเราจะหมายถึง 0 หรือ 1 ในข้อความ 1 และว่าเราหมายถึง 0 หรือ 1 ในข้อความ 2 ดังนั้นสำหรับอัตราที่กำหนดของการส่งสัญลักษณ์ต่อเนื่อง การใช้ค่าปัจจุบันสี่ค่าทำให้เราสามารถส่งข้อความอิสระสองข้อความแต่ละรายการเร็วที่สุดเท่าที่สองค่าปัจจุบันอนุญาตให้เราส่งข้อความหนึ่งข้อความ เราสามารถส่งจดหมายได้สองครั้งต่อนาทีโดยใช้ค่าปัจจุบันสี่ค่าที่เราสามารถใช้สองค่าปัจจุบัน
และหนังสือเล่มนี้ไม่ได้คาดเดาวิชาฟิสิกส์เบื้องต้นหรือความรู้ด้านวิศวกรรมไฟฟ้าดังนั้นจึงไม่น่าเป็นไปได้ที่ผู้อ่านจะสามารถแยกความแตกต่างระหว่างสัญญาณและกระแสไฟฟ้าได้ - โดยเฉพาะอย่างยิ่งจากข้อเท็จจริงที่ว่าผู้เขียนดูเหมือนจะบ่งบอกว่า หรือล้มเหลวในการแยกคนสองคนออกจากกันโดยไม่มีภูมิหลัง)