Аналоговый сигнал

Понимание биотехнологии

Биотехнология предполагает понимание того, как живые организмы функционируют на молекулярном уровне, поэтому она объединяет ряд дисциплин, включая биологию, физику, химию, математику, науку и технологии. Современная биотехнология продолжает вносить очень значительный вклад в продление продолжительности жизни человека и улучшение качества жизни множеством способов, включая предоставление продуктов и методов лечения для борьбы с болезнями, повышение урожайности сельскохозяйственных культур и использование биотоплива для сокращения выбросов парниковых газов. Сообщается, что венгерский инженер Карл Эреки ввел термин «биотехнология», который часто называют «биотехнологией», в 1919 году.

Компании, работающие в сфере биотехнологий, обычно сталкиваются с серьезными препятствиями на пути к успеху. Одна из важнейших причин этого заключается в том, что  затраты  на исследования и разработки биотехнологических наименований, как правило, невероятно высоки. В то время как компания сосредотачивает свое время и деньги на этих областях, обычно очень мало  доходов. Поэтому биотехнологические компании нередко работают вместе с более крупными и устоявшимися фирмами для достижения своих целей в области исследований и разработок. До того, как эти цели будут достигнуты, биотехнологическая компания станет невероятно хрупкой. Возможно, поэтому в биотехнологическом пространстве, которое постоянно растет с новыми именами, в последние годы все больше и больше доминирует небольшая группа крупных компаний. Таким образом, биотехнологические компании почти всегда убыточны (некоторые предполагают, что разница между «биотехнологическими» и «фармацевтическими» компаниями заключается в прибыльности), а у многих вообще нет реальных доходов.

Биотехнология также характеризуются длительным развитие  заблаговременности; Доставка нового лекарства  из пробирки на аптечную полку может занять до десяти лет . Более того, существует огромная вероятность неудачи, поскольку от 85% до 95% всех предполагаемых новых лекарств не получают одобрения. Тем не менее, для тех, кто преуспевает, награда может быть огромной, и «ежедневные удвоения» не являются чем-то неслыханным.

(Для справки см  . Взлеты и падения биотехнологии.)

Добро и зло

Единого мнения о том, что же такое биотехнология — добро или зло, на сегодняшний день нет. Кто-то утверждает, что это попытка вмешаться в естественный процесс и повлиять на природу, тогда как другие уверяют, что будущее человечества именно за такими знаниями. В последние десятки лет население Земли неизменно увеличивается, поэтому без применения биотехнологии в промышленном сельском хозяйстве появилась бы проблема тотального голода.

Также с помощью биотехнологии удаётся найти лекарство от различных тяжелых заболеваний, которые в прошлом считались неизлечимыми. Неоспоримым доказательством пользы этой науки является изобретение антибиотиков, с помощью которых удается излечивать сотни различных болезней. Общеизвестно, что проще предупредить различные тяжёлые недуги, чем в последующем пытаться лечить их с помощью операций и лекарств. Биомедицина создаёт эффективные способы диагностики, которые позволяют определить склонность к тем или иным заболеваниям еще до их возникновения в организме человека.

И всё же необходимо понимать, что потребуется качественный контроль за подобными исследованиями в области биотехнологии и их внедрением в повседневную жизнь. В первую очередь это касается моральных аспектов клонирования, возможности выращивать донорские органы или же изменять геномы и клетки ДНК, нарушая естественный ход природы и создавая тем самым суперчеловека.

В последние годы биотехнология развивается стремительно, при этом многие государства сталкиваются с проблемой отсутствия или недостаточного контроля за такими исследованиями на правовом уровне. В итоге было приостановлено множество проектов, поэтому говорить о победе над смертью или успехах в клонировании человека в настоящее время преждевременно.

Оплата труда

Ступеньки карьеры и перспективы

Биотехнологи могут работать на позициях биохимика, биолога, вирусолога, микробиолога. Начинающие специалисты, как правило, устраиваются лаборантами химического анализа в фармацевтических компаниях или на предприятиях пищевой промышленности. На заводах по производству лекарств и пищевых добавок можно работать контролером производства. Карьеру можно сделать по вертикали, повышая профессиональный уровень и, соответственно, разрядность должности, вплоть до руководителя производства. Работая в НИИ, при стремлении к научным открытиям, можно сделать карьеру в научном мире.

Знаменитые биотехнологи

Ю.А.Овчинников – один из самых известных ученых в биотехнологии, ведущий ученый в сфере мембранной биологии. Автор множества научных работ (более 500), в том числе «Биоорганическая химия», «Мембрано-активные комплексоны». Его именем названо Общества биотехнологов России им. Ю.А.Овчинникова.

Интересные факты о профессии

Новости трансгенной инженерии. Учёные скрестили попугая и сахарный тростник. Теперь сахар сам говорит, сколько его класть в чай. 

История возникновения биотехнологии как науки:

В самые давние времена люди, сами того не осознавая, применяли биотехнологии в выпечке хлеба, в производстве вина и кисломолочных продуктов.

Научную основу под все подобные процессы подвел Л.Пастер в XIX веке, доказав, что процесс брожения обусловлен микроорганизмами. Но в современном виде биотехнология как наука возникла не сразу, а пройдя несколько этапов:

1. В 40-50-е годы ХХ века в результате биосинтеза пенициллина была создана микробиологическая промышленность.
2. В 60-70-е годы произошло развитие клеточной инженерии.
3. В 1972 году создание первой гибридной молекулы ДНК «in vitro» в США повлекло за собой возникновение генетической инженерии. После этого стало возможным преднамеренное изменение генетической структуры живых организмов. В 70-е годы возник и сам термин «биотехнология».

Поэтапность появления биотехнологии обусловило её неразрывную связь с клеточной и молекулярной биологией, биохимией, молекулярной генетикой и биоорганической химией.

Пищевая биотехнология

Как уже было упомянуто, первоначально методы биотехнологических исследований стали применять в пищевом производстве. Йогурты, закваски, пиво, вино, хлебобулочные изделия – это продукты, полученные при помощи пищевой биотехнологии. Этот сегмент исследования включает в себя процессы, направленные на изменение, улучшение или создание конкретных характеристик живых организмов, в частности бактерий. Специалисты этой области знаний занимаются разработкой новых методик по изготовлению различных продуктов питания. Ищут и улучшают механизмы и методы их приготовления.

Еда, которую человек ест каждый день, должна быть насыщена витаминами, минералами и аминокислотами. Однако по состоянию на сегодняшний день, согласно данным ООН, существует проблема обеспечения человека продуктами питания. Почти половина населения не имеет должного количества пищи, 500 миллионов голодают, четверть населения планеты питаются недостаточно качественными продуктами.

Сегодня на планете проживает 7,5 миллиарда человек, и если не принимать необходимых действий по повышению качества и количества продуктов питания, если этим не заниматься, то люди в развивающихся странах станут страдать от губительных последствий. И если можно заменить липиды, минералы, витамины, антиоксиданты продуктами пищевой биотехнологии, то заменить белок практически невозможно. Более 14 миллионов тонн белка каждый год не хватает, чтобы обеспечить потребности человечества. Но здесь на помощь приходят биотехнологии. Современное белковое производство строится на том, что искусственно формируются белковые волокна. Их пропитывают необходимыми веществами, придают форму, соответствующий цвет и запах. Этот подход дает возможность заменить практически любой белок. А вкус и вид ничем не отличаются от естественного продукта.

Аналоговые и цифровые выходы на Ардуино

Для этого занятия потребуется:

• Arduino Uno / Arduino Nano / Arduino Mega;
• макетная плата;
• светодиод;
• резистор 220 Ом;
• провода «папа-папа».

Если вы хотите регулировать выходное напряжение, то следует использовать пины, помеченные символом «~». Для Arduino Uno — это 3, 5, 6, 9, 10, 11. С помощью аналоговых портов можно выдавать любое напряжение 0 до 5 Вольт, а цифровые выходы можно только включать и выключать. Аналоговые порты используют ШИМ (широтно-импульсную модуляцию), по английски PWM (pulse-width modulation), с помощью которой имитируется аналоговый сигнал.

Аналоговые выходы на плате Ардуино имеют, отметку тильда «~»

Чтобы понять разницу между цифровым и аналоговым сигналом, соберите на макетной плате схему из светодиода и резистора, как на первом занятии — Подключение светодиода. Но в этот раз подключите светодиод к аналоговому выходу ~9. Откройте скетч для мигания светодиодом из первого занятия и измените в нем порт выхода с Pin13 на Pin9. Загрузите скетч в плату Arduino NANO или UNO.

На Arduino аналоговый выход будет работать, как цифровой

9 порт может работать, как цифровой выход. Но если функцию digitalWrite изменить на analogWrite, то вместо значения HIGH (1) и LOW (0) можно поставить любое значение от 0 до 255. Именно в этом интервале можно менять напряжение на аналоговых выходах. Загрузите программу для плавного включения и затухания светодиода. Подробное описание работы данной программы даны ниже в пояснении к коду.

Скетч. Аналоговый сигнал Ардуино и светодиод

int svet = 0; // начальная яркость свечения светодиода
int fade = 5; // шаг изменения яркости свечения светодиода

void setup() {
  pinMode(9, OUTPUT); // используем Pin9 для операции вывода
}

void loop() {
 // устанавливаем яркость светодиода на Pin9
  analogWrite(9, svet);

// изменяем яркость, прибавляя заданную величину fade в каждом цикле
  svet = svet + fade;

// меняем порядок затухания при минимальной и максимальной яркости
  if (svet == 0 || svet == 255) {
    fade = -fade;
  }

  delay(20); // устанавливаем паузу для эффекта
}

Пояснения к коду:

1. функция , где pin — порт выхода на который подается сигнал, value — значение между 0 (полностью выключено) и 255 (полностью включено), используется для управления яркостью светодиода или скоростью электродвигателя, посредством Широтно-Импульсной Модуляции (ШИМ);
2. переменная имеет начальное значение «0» при каждом выполнении цикла к величине прибавляется заданное значение (в данном скетче fade = 5).

При достижении переменной максимального значения равного 255, принимает отрицательное значение -5. Теперь при каждом выполнении цикла к величине прибавляется -5, т.е. каждый раз из вычитается . Если сопоставить работу скетча с графиком процесса квантования, размещенным на рисунке в начале статьи, то — это шаг квантования, т.е. величина на которую увеличивается подаваемое напряжение, а — это шаг дискретизации, т.е. период времени через который меняется значение .

Зарплата биотехнолога в России и за рубежом

В среднем биотехнологии с опытом работы от трех лет в России получают 33-34 тысяч рублей. Зарплата во многом зависит от квалификации и места работы. Согласно неофициальной статистике, меньше всех получают сотрудники учебных заведений, а больше всех – руководители исследовательских центров и работники частных производств, фармацевтических компаний.

За рубежом зарплаты тоже сильно разнятся. Официальная статистика отсутствует, однако по подсчетам экспертов доход рядового биотехнолога в США превышает 2.5 тысячи долларов в месяц, в Канаде – 2 тысячи долларов. Во Франции специалисты в среднем зарабатывают 1.8 тысячи евро за месяц, в Германии – 2.2 тысячи евро.

Резюме

Биотехнолог – востребованная и респектабельная профессия, которая не имеет тенденции к утрате актуальности. Специальность имеет множество направлений. Она востребована в медицине, фармакологии, в производстве, сельском хозяйстве, в пищевой промышленности и десятках других отраслей. Не менее актуальна биотехнология как теоретическая и прикладная наука, сконцентрированная на исследованиях и разработках.

Цифровые микросхемы

Цифровые ИМС — это микроэлектронные схемы, которые используются для преобразования и обработки цифровых сигналов. Цифровые сигналы получают путем дискретизации (оцифровке) аналоговых. Так, если в аналоговой форме данные о температуре любого объекта подаются непрерывным электрическим сигналом с выхода термодатчика, то цифровой сигнал — это последовательность чисел, по значению уровня температуры, измеренной через определенные промежутки времени

При этом чрезвычайно важное значение имеет форма записи чисел

В быту мы пользуемся десятичными числами. При записи такого числа используется позиционная форма представления чисел, согласно которому мы называем не самое число, а только информацию о том, сколько единиц, десятков, сотен, тысяч и т.д. оно содержит. При формировании цифровых сигналов используется двоичная система счисления. При записи двоичного числа мы отмечаем, сколько единиц, двоек, четверок, восьмерок и разрядов высокого порядка, получаемые подъемом в степень числа 2, оно содержит. Так, например, двоичное число 101 содержит одну единицу, ноль двоек и одну четверку и равное десятичному числу 5, а десятичное число 10 в двоичной форме записывается в виде: 1010 — ноль единиц, одна двойка, ноль четверок, одна восьмерка.

Нетрудно увидеть, что для представления числа в двоичной системе счисления нужно больше разрядов, чем в десятичной системе, то есть двоичное число дольше десятичное. Но двоичное число имеет то преимущество, что для его записи необходимо всего два знака — 0 и 1. Поэтому при электронной записи цифровых сигналов можно ограничиться использованием только двухуровневых сигналов. Итак, цифровой электрический сигнал — это последовательность двухуровневых элементарных сигналов 0 и 1, которые называются логическими сигналами. Для их обработки, например, дешифрации или считывания, сложения или вычитания, хранения или задержки во времени, применяют так называемые логические схемы, а в случае микроэлектронных устройств — цифровые микросхемы.

Серии цифровых микросхем

Цифровые ИМС, как и аналоговые, выпускаются сериями. Микросхемы одной серии имеют одинаковые напряжения питания, электрические и эксплуатационные параметры и при совместном использовании не требуют дополнительных согласующих элементов. Среди большого количества цифровых ИМС можно выделить следующие группы: серии функционально полного состава, серии, специализированные по функциональному назначению и микропроцессорные комплекты ИМС.

Серии первой группы включают ИМС различного функционального назначения: логические схемы, триггеры, регистры, счетчики, дешифраторы и др. Чем шире функциональный состав серии, тем в большей степени она обеспечивает выполнение требований к аппаратуре с точки зрения надежности, компактности, экономичности, технологичности, удобства эксплуатации и ремонта. Некоторые серии состоят из 100 и более типов ИМС. Примерами отечественных серий ИМС с развитым функциональным составом могут служить серии: К500, К155, К555, К176, К561, К564 и др. Такие серии можно называть универсальными с точки зрения широкого их применения.

Серии ИМС второй группы характеризуются более узкой специализацией. К ним относят серии ИМС памяти К537, К565, К556, К573, К1601 и др., Серии ИМС согласования с линиями передачи и управления устройствами (интерфейсные ИМС) К169, К170, К1102.

Серии ИМС третьей группы, которые называются микропроцессорными комплектами, включают ИМС, которые необходимы для построения микропроцессорных вычислительных и управляющих устройств. Сюда входят микропроцессоры, схемы ввода-вывода, таймеры, генераторы, различные вспомогательные ИМС. Примеры микропроцессорных комплектов: К580, К1810, К588, К1801, К1803, К1804 и др.

Достижения биотехнологии в разных отраслях

Биотехнология позволила сделать много открытий в сфере медицины и науки.

Достижения биотехнологии в медицине

Медицинские биотехнологии делятся на диагностические и лечебные.

Первые исследования были проведены в 70-х годах 20 века, когда ученые перенесли генетический материал из одного организма в другой с помощью использования рекомбинантной ДНК.

Также при помощи генно-модифицированных бактерий был произведен человеческий инсулин и создан гормон, который стимулирует появление эритроцитов в костном мозге — эритропоэтин.

препарат инсулин

В перспективе ученые рассматривают применение технологий биотехнологии как способ борьбы с неизлечимыми заболеваниями и с болезнями, передающимися наследственно. Кроме того, генная инженерия может помочь с созданием гормональных препаратов для повышения иммунитета и пересадкой генов с целью решения проблемы рождения неполноценных детей.

Современные достижения биотехнологии в науке

Биотехнология способствовала появлению животных абсолютно новых пород и растений новых сортов, что принесло пользу сельскому хозяйству. При этом сегодня селекционные процессы ускорились в 3 раза — с 11 до 3-4 лет.

Биотехнология также используется в микроэлектронике (на основе полевого эффекта созданы ион-селективные транзисторы) и в добыче нефти (для увеличения нефтеотдачи нефтяных пластов). В экологии биотехнологические методы применяются для очистки бытовых и промышленных сточных вод.

Ученые верят, что в будущем биотехнология также поможет решить ряд существующих ныне проблем, таких как:

• загрязнение окружающей среды химическими продуктами;
• нехватка очищенной и пресной воды;
• дефицит энергетики.

Кроме того, биотехнология способна повысить уровень медицинского обслуживания и помочь в создании новых экологически чистых продуктов и материалов.

От «биотехнологии» к «биоэкономике»

Исходя из вышесказанного, можно сделать вывод о том, что передовые биотехнологии способны играть существенную роль в улучшении качества жизни и здоровья человека, обеспечении экономического и социального роста государств (особенно в развивающихся странах).

С помощью биотехнологии могут быть получены новые диагностические средства, вакцины и лекарственные препараты. Биотехнология может помочь в увеличении урожайности основных злаковых культур, что особенно актуально в связи с ростом численности населения Земли. Во многих странах, где большие объёмы биомассы не используются или используются не полностью, биотехнология могла бы предложить способы их превращения в ценные продукты, а также переработки с использованием биотехнологических методов для производства различных видов биотоплива. Кроме того, при правильном планировании и управлении биотехнология может найти применение в небольших регионах как инструмент индустриализации сельской местности для создания небольших производств, что обеспечит более активное освоение пустующих территорий и будет решать проблему занятости населения.

Особенностью развития биотехнологии в  XXI веке является не только ее бурный рост как прикладной науки, она все более широко входит в повседневную жизнь человека, и что еще более существенно –  обеспечивая исключительные возможности для эффективного (интенсивного, а не экстенсивного) развития практически всех отраслей экономики, становится необходимым условием устойчивого развития общества, и тем самым оказывает трансформирующее влияние на парадигму развития социума в целом.

Широкое проникновение биотехнологий в экономику мирового хозяйства нашло свое отражение и в том, что сформировались даже новые термины для обозначения глобальности данного процесса. Так,  применение биотехнологических методов в промышленном производстве, стали называть «белая биотехнология», в фармацевтическом производстве и медицине —  «красная биотехнология», в сельскохозяйственном производстве и животноводстве – «зеленая биотехнология»,  а для искусственного выращивания и дальнейшей переработки водных организмов (аквакультура или марикультура) – «синяя биотехнология». А экономика, интегрирующая  все эти инновационные области, получила название «биоэкономика». Задача перехода от традиционной  экономики  к экономике нового типа — биоэкономике, основанной на инновациях и широко использующей возможности биотехнологии в различных отраслях производства, а также  в повседневной жизни  человека, уже объявлена стратегической целью во многих странах мира.

Татьяна Гаева, к.б.н,

Биоинформатика и бионика

Но биотехнологии – это не только учение о молекулах тканей и клеток живых организмов, это еще и применение компьютерных технологий. Таким образом, имеет место биоинформатика. Она включает в себя совокупность таких подходов, как:

• Геномная биоинформатика. То есть методы компьютерного анализа, которые применяются в сравнительной геномике.
• Структурная биоинформатика. Разработка компьютерных программ, которые предсказывают пространственную структуру белков.
• Вычисление. Создание вычислительных методологий, которые могут управлять биологическими системами.

В этой дисциплине вместе с биологическими методами используются методы математики, статистических вычислений и информатики. Как в биологии используются приемы информатики и математики, так и в точных науках сегодня могут использовать учение об организации живых организмов. Как в бионике. Это прикладная наука, где в технических устройствах применяются принципы и структуры живой природы. Можно сказать, что это своеобразный симбиоз биологии и техники. Дисциплинарные подходы в бионике рассматривают с новой точки зрения как биологию, так и технику. Бионика рассматривала сходные и отличительные черты этих дисциплин. Эта дисциплина имеет три подвида — биологический, теоретический и технический. Биологическая бионика изучает процессы, которые происходят в биологических системах. Теоретическая бионика строит математические модели биосистем. А техническая бионика применяет наработки теоретической бионики для решения различных задач.

Как видно, достижения биотехнологий широко распространены в современной медицине и здравоохранении, но это лишь вершина айсберга. Как уже было сказано, биотехнология начала развиваться с того момента, как человек стал готовить себе пищу, а после широко применялась в сельском хозяйстве для выращивания новых селекционных культур и вывода новых пород домашних животных.

Какими знаниями обладает биотехнолог

Специалист обладает хорошей базой знаний: разбираться в химии, биологии, математике, зачастую информатике. Требования зависят от специализации, работник должен обладать специальными знаниями, необходимыми для работы в его области.
В целом от специалиста требуются следующие знания и навыки:

1. Умение обращаться с лабораторным оборудованием.
2. Взятие проб, анализов, лабораторных исследований
3. Исследование ДНК, создание ДНК-маркёров.
4. Работа с бактериофагами, вирусами, бактериями.
5. Клонирование, культивирование организмов.
6. Компьютерная обработка, анализ результатов.

Отслеживание динамики/мониторинга состояния здоровья в цифровом формате

В настоящее время на рынке представлен ряд носимых устройств, таких как Fitbit, которые с помощью датчиков контролируют и отслеживают определенные жизненные показатели. Растущая тенденция заключается в соединении этих устройств с фактической медицинской помощью, если это необходимо. MiaLabs разработала технологию, которая анализирует данные из комбинации клинических и коммерческих устройств для отслеживания состояния здоровья пациентов в домашних условиях. Будущее предсказывает, что мы будем носить или находиться в окружении устройств, которые будут постоянно контролировать наше здоровье и либо держать нас в курсе событий, либо информировать настоящего врача.

Блокчейн, ИИ и интернет вещей

Все современные биотехнологии не смогут войти в нашу жизнь без их интеграции с современными инновационными цифровыми технологиями. Такими как блокчейн, искусственный интеллект, интернет вещей, 5G и т.д.. Например, все гаджеты, которые сейчас разрабатываются, должны связываться через интернете на высоких скоростях, для принятия медицинских решений необходимы системы искусственного интеллекта, а хранить все собранные о людях данные необходимо в таких базах, которые нельзя взломать и тем более скрытно что-то в них изменить. При этом должна быть обеспечена очень высокая скорость передачи данных. Все эти требования закрывает блокчейн с сертифицированными мощными узлами и развитой системой смарт-контрактов. Такой, как Universa. 

Так зачем нужен Биотехмед

Для диалога. Между учёными и бизнесом, бизнесом и инвесторами, инвесторами и государством. «Биотехмед», как и ЦИПР, это не просто выставка достижений и подписание договором. Это возможность обсудить проблемы отрасли на различных уровнях и сразу же получить обратную связь. 

Спасибо, что читаете! На данный момент большинство моих заметок, статей и подборок выходит в telegram канале «Левашов». Обязательно подписывайтесь, чтобы не пропустить новости мира ИТ, полезные инструкции и нужные сервисы.

Преимущества и недостатки цифрового сигнала

Неоспоримыми преимуществами цифрового сигнала и звука, в частности, являются:

• Лёгкость в хранении, копировании и тиражировании. Скопировать любой аудиофайл в цифровом формате можно легко и быстро, воспользовавшись как смартфоном, так и любым, самым простеньким компьютером;
• Возможность передачи его на расстояние без появления помех, искажения информации. Выполнить это стало очень легко с появлением беспроводных сетей таких как Wi-Fi или Bluetooth.
• Копирование такого источника звука даёт возможность получить полнейшую копию оригинала без отклонений и других возможных помех.
• Точность хранения и передачи. Если оригинальный сигнал несёт в себе информацию равную дискретной единице, то и после копирования она будет выглядеть как единица, и ни в коем случае не ноль.

Основным недостатком цифрового сигнала является то, что он всего лишь промежуточный этап формирования итогового звукового сигнала и для его преобразования необходимы специальные устройства ЦАП (цифро-аналоговый преобразователь).

Таким образом, аналоговый и цифровой звук являются неотъемлемыми и связанными величинами, которые улучают и упрощают человеческую жизнь и, в частности, тех людей, которые связаны с музыкой. По крайней мере, это будет до тех пор, пока человечество не научится передавать импульс непосредственно в человеческий мозг.

Речь, музыка, шум деревьев, пенье птиц – все это звуки, которые мы слышим ежедневно. Однако никто из нас не утруждает себя вопросом, что представляет собой звук? Как происходит его запись? Чем отличается аналоговый звук от цифрового? А ведь эта информация достаточно интересная, и с ней стоит ознакомиться.

Стереофония и панорама

Стереофонией называют запись, передачу или воспроизведение звукового сигнала, при которых сохраняется информация аудиального типа о расположении источника этого сигнала методом раскладки звука парой и более независимыми аудиоканалами. При правильном расположении музыкальных вещателей можно получить объемное пространственное звучание. При этом создается ощущение, что звук с разными фазами исходит из разных источников.

Панорама – это, по сути, установленное направление источника звука по трем пространственным характеристикам – удаленности, высоте и направлению. Благодаря панорамированию мы получаем:

• равномерное распределение энергии звука;
• разграничение источников сигнала с одинаковым диапазоном и частотой звучания;
• специальные эффекты.

Чтобы создать качественную звуковую панораму, необходимо правильно расставить элементы, подающие сигнал. В идеале это выглядит так:

То есть центральный канал звукового источника должен располагаться между левым и правым каналом. Такое размещение стереофонических источников позволит получить максимально полное, чистое и насыщенное звучание звука.

Цифровая частотная модуляция

Этот тип модуляции называется частотной манипуляцией (FSK, frequency shift keying). Для наших целей нет необходимости рассматривать математическое выражение частотной манипуляции; скорее мы просто можем указать, что будем иметь частоту f₁, когда модулирующие данные равны логическому 0, и частоту f₂, когда модулирующие данные равны логической 1.

Временная область

Одним из способов генерации готового для передачи FSK сигнала является сначала создание аналогового низкочастотного сигнала, который переключается между f₁ и f₂ в соответствии с цифровыми данными. Ниже приведен пример низкочастотного FSK сигнала с f₁ = 1 кГц и f₂ = 3 кГц. Чтобы гарантировать, что символ имеет одинаковую продолжительность и для логического 0, и для логической 1, мы используем один период для 1 кГц и три периода для 3 кГц.

Аналоговый низкочастотный FSK сигнал

Затем низкочастотный сигнал сдвигается (используя смеситель) до несущей частоты и передается. Этот подход особенно удобен в программных радиосистемах: аналоговый модулирующий сигнал является низкочастотным, и поэтому он может быть сгенерирован математически, а затем введен в аналоговую область с помощью ЦАП. Использование ЦАП для высокочастотного передаваемого сигнала было бы намного сложнее.

Более простой способ реализации FSK состоит в том, чтобы просто иметь два сигнала несущей с разными частотами (f₁ и f₂); и тот или иной сигнал подается на выход в зависимости от логического уровня двоичных данных. Это приводит к конечному передаваемому сигналу, который резко переключается между двумя частотами, так же, как низкочастотный FSK сигнал, за исключением того, что разница между двумя частотами здесь намного меньше по сравнению со средней частотой. Другими словами, если бы вы смотрели на график во временной области, было бы сложно визуально различить участки с f₁ от участков с f₂, потому что разница между f₁ и f₂ является лишь крошечной долей f₁ (или f₂).

Частотная область

Давайте посмотрим на результат частотной манипуляции в частотной области. В этом случае мы будем использовать ту же несущую частоту 10 МГц (или, в этом случае, среднюю частоту), и будем использовать ±1 МГц в качестве отклонения (это не реальный пример, но удобный для наших целей). Таким образом, передаваемый сигнал будет 9 МГц для логического 0 и 11 МГц для логической 1. Ниже показан спектр полученного сигнала:

Спектр сигнала с частотной манипуляцией

Обратите внимание, что на «несущей частоте» нет энергии. Это неудивительно, учитывая, что модулированный сигнал никогда не находится на частоте 10 МГц

Он всегда находится на частоте 10 МГц минус 1 МГц или 10 МГц плюс 1 МГц, и именно там мы видим два доминирующих всплеска: 9 МГц и 11 МГц.

Но что насчет других частот, присутствующих в этом спектре? Ну, спектральный анализ FSK не особенно прост. Мы знаем, что будет добавлена дополнительная энергия Фурье, связанная с резкими переходами между частотами. Оказывается, что FSK приводит к sinc-функциональному типу спектра для каждой частоты, то есть один центрирован на f₁, а другой центрирован на f₂. Они учитывают дополнительные частотные всплески по обе стороны от двух доминирующих пиков.

Сравнение цифровых и аналоговых датчиков

• Надёжность. В первом случае она выше, поскольку нет дополнительных устройств для преобразования (т. е. нет платы АЦП, которая при выходе из строя повлечёт замену всего датчика).
• Точность. Одинакова за счёт использования одного и того же способа замера.
• Проверка состояния. В цифровом датчике она проходит значительно быстрее.
• Помехоустойчивость. Аналоговое устройство очень уязвимо к помехам.
• Взаимозаменяемость. В 1-м случае возможна замена на изделие другого производителя, во 2-м — нет.

Таким образом, выбор датчика должен исходить из условий, в которых он будет эксплуатироваться, и из решаемых с его помощью задач.

Источник

How to Start a Career in Biotechnology?

To follow the career path of a Biotechnologist, you must be familiarized with the educational qualifications, skills and professional training required to become one. So, we have summarized a step-by-step guide on becoming a biotechnologist below:

Pursue a Bachelor’s Degree like BTech or BSc in BiotechnologyThe first step towards pursuing a career in Biotechnology is to get the foundational understanding of this field with a bachelor’s degree in Biotechnology and with interdisciplinary specialisations like Molecular Biotechnology, Chemical Biotechnology, Biotechnology Engineering, to name a few. Further, you can also pursue a bachelor’s degree in any of its related field like Biology, Chemistry, Biomedical Engineering, etc. to attain the fundamental concepts of this discipline.

Explore Training and Internship OpportunitiesWhile studying an undergraduate program in Biotechnology, it is also essential to explore training and internship opportunities at research institutes or in the medical science or technology sector. Training and internships will also add to your resume and exhibit your professional exposure in this field thus helping you fit the job role of Biotechnologist better.

Scope of Biotechnology

Gain a Specialisation with a Master’s DegreeIt is important to gain a postgraduate qualification after graduating and you can pursue a master’s in Biotechnology or its related specialisations like Applied Biotechnology, Medical Biotechnology, Industrial and Environmental Biotechnology as it will also impart you with the necessary research opportunities and skills you need to pursue a successful career in Biotechnology.

Explore Suitable Jobs in BiotechnologyCompleting a master’s degree in Biotechnology, you will be ready to explore employment opportunities as a Biotechnologist. Here are the major employment areas for biotechnology graduates:

• Bio-processing Industries
• Chemical Industries
• Waste Management
• Research Institutes and Universities
• Drug and Pharmaceutical Research
• Food Processing and Technology

If you are aspiring for a career in research or academia, then you can also pursue a doctorate degree like PhD in Biotechnology.