Elektronika analogowa i cyfrowa

Elektronika dzieli się na analogową i cyfrową, przy czym ta ostatnia zastępuje analog w niemal wszystkich pozycjach.

Elektronika analogowa bada urządzenia, które generują i przetwarzają sygnały w sposób ciągły w czasie.

Elektronika cyfrowa wykorzystuje sygnały dyskretne w czasie, najczęściej wyrażane w postaci cyfrowej.

Co to jest sygnał? Sygnał to coś, co przenosi informacje. Światło, dźwięk, temperatura, prędkość — wszystko to są wielkości fizyczne, których zmiana ma dla nas określone znaczenie: albo jako proces życiowy, albo jako proces technologiczny.

Osoba jest w stanie postrzegać wiele wielkości fizycznych jako informacje. Aby to zrobić, ma przetworniki - narządy zmysłów, które przekształcają różne sygnały zewnętrzne w impulsy (które, nawiasem mówiąc, mają charakter elektryczny), które dostają się do mózgu. W tym przypadku wszystkie rodzaje sygnałów: światło, dźwięk i temperatura są zamieniane na impulsy o tym samym charakterze.

W układach elektronicznych funkcje narządów zmysłów realizują sensory (sensory), które przetwarzają wszystkie wielkości fizyczne na sygnały elektryczne.Dla światła — fotokomórki, dla dźwięku — mikrofony, dla temperatury — termistor lub termopara.

Dlaczego właśnie w sygnałach elektrycznych? Odpowiedź jest oczywista, wielkości elektryczne są uniwersalne, ponieważ dowolne inne wielkości można przekształcić w wielkości elektryczne i odwrotnie; sygnały elektryczne są wygodnie przesyłane i przetwarzane.

Po otrzymaniu informacji mózg ludzki na podstawie przetworzenia tej informacji przekazuje czynności kontrolne mięśniom i innym mechanizmom. Podobnie w układach elektronicznych sygnały elektryczne sterują energią elektryczną, mechaniczną, termiczną i innymi rodzajami energii za pośrednictwem silników elektrycznych, elektromagnesów, elektrycznych źródeł światła.

A więc konkluzja. To, co człowiek wcześniej robił (lub nie mógł) robią systemy elektroniczne: kontrolują, zarządzają, regulują, komunikują się na odległość itp.

Sposoby prezentacji informacji

W przypadku wykorzystywania sygnałów elektrycznych jako nośników danych możliwe są dwie formy:

1) analogowy — sygnał elektryczny jest w dowolnym momencie podobny do pierwotnego, tj. nieprzerwanie w czasie. Temperatura, ciśnienie, prędkość zmieniają się zgodnie z prawem ciągłym — czujniki przetwarzają te wartości na sygnał elektryczny, który zmienia się zgodnie z tym samym prawem (podobnie). Wartości reprezentowane w tej formie mogą przyjmować nieskończoną liczbę wartości w określonym zakresie.

2) oddzielny — impulsowy i cyfrowy — sygnał to seria impulsów, w których zakodowana jest informacja. W tym przypadku nie wszystkie wartości są kodowane, ale tylko w określonych momentach — próbkowanie sygnału.

Działanie impulsowe - krótkotrwała ekspozycja sygnału naprzemiennie z przerwą.

W porównaniu z pracą ciągłą (analogową), praca impulsowa ma kilka zalet:

— duże wartości mocy wyjściowej przy tej samej objętości urządzenia elektronicznego i wyższej sprawności;

— zwiększenie odporności na zakłócenia, dokładności i niezawodności urządzeń elektronicznych;

— zmniejszenie wpływu temperatur i rozrzutu parametrów urządzenia, ponieważ praca odbywa się w dwóch trybach: „on” — „off”;

— wdrażanie urządzeń impulsowych na elementach pojedynczego typu, łatwo wdrażanych metodą technologii integralnej (na mikroukładach).

Na rysunku 1a przedstawiono metody kodowania sygnału ciągłego za pomocą impulsów prostokątnych — proces modulacji.

Pulse-Amplitude Modulation (PAM) — amplituda impulsów jest proporcjonalna do sygnału wejściowego.

Modulacja szerokości impulsu (PWM) — szerokość impulsu timpuls jest proporcjonalna do sygnału wejściowego, amplituda i częstotliwość impulsów są stałe.

Modulacja częstotliwości impulsów (PFM) — sygnał wejściowy określa częstotliwość powtarzania impulsów o stałym czasie trwania i amplitudzie.

Rysunek 1 — a) Metody kodowania sygnału ciągłego za pomocą impulsów prostokątnych, b) Podstawowe parametry impulsów prostokątnych

Najpopularniejsze impulsy są prostokątne. Rysunek 1b przedstawia okresową sekwencję prostokątnych impulsów i ich główne parametry. Impulsy charakteryzują się następującymi parametrami: Um — amplituda impulsu; timp to czas trwania impulsu; tpause — czas trwania przerwy między impulsami; Tp = tp + tp — okres powtarzania impulsu; f = 1 / Tp — częstotliwość powtarzania impulsów; QH = Tp / tp — cykl pracy impulsu.

Wraz z impulsami prostokątnymi w inżynierii elektronicznej szeroko stosowane są impulsy piłokształtne, wykładnicze, trapezowe i inne.

Cyfrowy tryb pracy — informacja przekazywana jest w postaci liczby odpowiadającej określonemu zestawowi impulsów (kod cyfrowy), a istotna jest tylko obecność lub brak impulsu.

Urządzenia cyfrowe najczęściej pracują tylko z dwoma wartościami sygnału - zero «0» (zwykle niskie napięcie lub brak impulsu) i «1» (zwykle wysoki poziom napięcia lub obecność fali prostokątnej), tj. informacje są prezentowane w systemie liczb binarnych.

Wynika to z wygody tworzenia, przetwarzania, przechowywania i przesyłania sygnałów reprezentowanych w systemie binarnym: przełącznik jest zamknięty — otwarty, tranzystor jest otwarty — zamknięty, kondensator jest naładowany — rozładowany, materiał magnetyczny jest namagnesowany — rozmagnesowany, itp. .

Informacje cyfrowe są reprezentowane na dwa sposoby:

1) potencjał — wartości „0” i „1” odpowiadają niskiemu i wysokiemu napięciu.

2) impuls — zmienne binarne odpowiadają obecności lub braku impulsów elektrycznych w określonych momentach czasu.