Si l'on envoie de courtes rafales de courant électrique qui s'allument et s'éteignent brusquement, pourquoi le récepteur reçoit-il un courant lissé?

Une introduction à la théorie de l'information: symboles, signaux et bruit , par John R. Pierce, dit ce qui suit:

La difficulté rencontrée par Morse avec son câble souterrain est restée un problème important. Différents circuits qui conduisent également un courant électrique constant ne sont pas nécessairement également adaptés à la communication électrique. Si l'on envoie des points et des tirets trop rapidement sur un circuit souterrain ou sous-marin, ils sont exécutés ensemble à l'extrémité de réception. Comme indiqué sur la figure II-1, lorsque nous envoyons une courte rafale de courant qui s'allume et s'éteint brusquement, nous recevons à l'extrémité du circuit une montée et une descente de courant plus longues et lissées. Ce flux de courant plus long peut chevaucher le courant d'un autre symbole envoyé, par exemple, comme une absence de courant. Ainsi, comme le montre la figure II-2, lorsqu'un signal clair et distinct est transmis, il peut être reçu sous la forme d'une montée et d'une chute vaguement errantes de courant qui sont difficiles à interpréter.

Bien sûr, si nous rendons nos points, espaces et tirets assez longs, le courant à l'extrémité éloignée suivra mieux le courant à l'extrémité d'envoi, mais cela ralentit le taux de transmission. Il est clair qu'il existe en quelque sorte associé à un circuit de transmission donné une vitesse de transmission limite pour les points et les espaces. Pour les câbles sous-marins, cette vitesse est si lente qu'elle dérange les télégraphes; pour les fils sur poteaux, il est si rapide qu'il ne dérange pas les télégraphes. Les premiers télégraphistes étaient conscients de cette limitation, et elle aussi est au cœur de la théorie de la communication.

En tant que personne qui n'a pas de formation en génie électrique, je trouve le phénomène décrit perplexe. Si l'on envoie de courtes rafales de courant électrique qui s'allument et s'éteignent brusquement, pourquoi est-il vrai que, selon le type de circuit, le récepteur peut recevoir un courant lissé, plutôt que les courants discrets qui ont été envoyés? On pourrait s'attendre, naïvement peut-être, à ce que les signaux reçus soient identiques aux signaux envoyés?

J'apprécierais grandement que les gens prennent le temps de répondre à cette question en utilisant un langage qui peut être compris par quelqu'un sans formation en génie électrique.

Votre câble se comporte comme un filtre passe-bas, ce qui signifie que les hautes fréquences sont amorties. Plus le câble est long, plus cet effet est fort.

Les impulsions ont, en raison de leur montée et de leur descente rapides, des composantes de fréquence assez rapides. Si ces hautes fréquences sont amorties, votre impulsion "s'étale" au fil du temps et vous obtenez le résultat souhaité que vous avez affiché dans votre question.

Il serait peut-être utile de penser différemment. Au lieu de pousser l'électricité, faites comme si vous aviez un très long tuyau, de l'eau (sous pression) et une valve.

Si vous ouvrez la vanne à une extrémité du tuyau, il faudra un certain temps pour mettre le tuyau sous pression et forcer l'eau à passer. À l'autre extrémité, l'eau finira par sortir, mais sous forme d'une lente augmentation du débit, suivie d'une lente diminution.

Si vous ouvrez et fermez l'eau assez rapidement, elle apparaîtra simplement de l'autre et comme un débit modéré.

Comme mentionné ailleurs, en termes électriques, cela est dû à la capacité et à l'inductance du long câble. Plus le câble / tuyau est long, plus l'effet de lissage est important. Les raisons (physique) et mathématiques peuvent être différentes, mais les résultats riment et j'espère que cela vous aidera à comprendre.

Des bords infiniment nets dans le signal ont besoin d'une bande passante infinie pour transmettre ce qui n'est pas possible avec des fils du monde réel. Pris un fil assez long, il ne passe que les basses fréquences et les hautes fréquences sont atténuées, de sorte que les bords rapides et nets se sont enduits en bords ondulés plus lents et vous devez donc envoyer des impulsions plus longues pour voir la tension monter lentement jusqu'au niveau de détection approprié au destinataire. Les signaux se dégradent car chaque longueur unitaire du fil de cuivre peut être considérée comme une résistance série avec inductance et il a également une capacité parallèle parasite et une résistance aux fuites à son environnement, sinon ce modèle est connu comme une ligne de transmission. La résistance série à capacité parallèle est un filtre passe-bas. La capacité et l'inductance forment ce que l'on appelle l'impédance caractéristique de la ligne de transmission, et si les extrémités d'émission et de réception ne correspondent pas à l'impédance de la ligne de transmission, une impulsion de tension se réfléchira dans une certaine mesure sur le fil, de sorte qu'elle ping-pong d'avant en arrière dans le fil jusqu'à ce qu'elle se stabilise. Comme l'impulsion de tension se déplace dans le fil à environ les deux tiers de la vitesse de la lumière, tout cela détermine à quel point le signal se dégrade lorsqu'il parcourt la ligne de transmission ou continue de rebondir entre les extrémités de la ligne de transmission détermine la vitesse à laquelle vous pouvez transmettre des signaux et comment loin vous pouvez les transmettre sans être trop dégradé.