Analogiset, diskreetit ja digitaaliset signaalit

Mikä tahansa fyysinen suure voi arvonmuutoksensa luonteen mukaan olla vakio (jos sillä on vain yksi kiinteä arvo), diskreetti (jos sillä voi olla kaksi tai useampia kiinteitä arvoja) tai analoginen (jos sillä voi olla ääretön määrä arvoja). Kaikki nämä määrät voidaan digitoida.

Analogiset signaalit

Analoginen signaali on signaali, joka voidaan esittää jatkuvalla rivillä arvojoukkoja, jotka on määritelty kullekin ajankohdalle suhteessa aika-akseliin. Analogisen signaalin arvot ovat mielivaltaisia ​​millä tahansa ajanhetkellä, joten se voidaan yleensä esittää eräänlaisena jatkuvana funktiona (riippuen ajasta muuttujana) tai paloittain jatkuvana ajan funktiona.

Analogista signaalia voidaan kutsua esimerkiksi sähkömagneettisen mikrofonin kelan tai putkiakustisen vahvistimen tuottamaksi äänisignaaliksi, koska tällainen signaali on jatkuva ja sen arvot (jännite tai virta) ovat hyvin erilaisia ​​keskenään. minä hetkenä tahansa.

Alla olevassa kuvassa on esimerkki tämän tyyppisestä analogisesta signaalista.

Analogisilla arvoilla voi olla ääretön määrä arvoja tietyissä rajoissa. Ne ovat jatkuvia ja niiden arvot eivät voi muuttua harppauksin.

Esimerkki analogisesta signaalista: termopari lähettää analogisen lämpötila-arvon ohjelmoitavaan logiikkaohjaimeen, joka ohjaa lämpötilaa sähköuunissa puolijohdereleellä.

Diskreetit signaalit

Jos signaali saa satunnaisia ​​arvoja vain tiettyinä hetkinä, tällaista signaalia kutsutaan diskreetiksi. Käytännössä käytetään useimmiten diskreettejä signaaleja, jotka on jaettu tasaiseen aikaverkkoon, jonka vaihetta kutsutaan näytteenottoväliksi.

Diskreetti signaali olettaa tiettyjä nollasta poikkeavia arvoja vain näytteenottohetkellä, eli se ei ole jatkuva, toisin kuin analoginen signaali. Jos äänisignaalista leikataan säännöllisin väliajoin pieniä tietynkokoisia osia, tällaista signaalia voidaan kutsua diskreetiksi.

Alla on esimerkki tällaisen diskreetin signaalin muodostamisesta näytteenottovälillä T. Huomaa, että vain näytteenottoväli mitataan, ei itse signaaliarvoja.

Diskreetillä signaalilla on kaksi tai useampi kiinteä arvo (niiden arvojen lukumäärä ilmaistaan ​​aina kokonaislukuina).

Esimerkki yksinkertaisesta erillisestä signaalista kahdelle arvolle: rajakytkimen aktivointi (kytkimien koskettimien kytkentä mekanismin tietyssä asennossa). Rajakytkimen signaali voidaan vastaanottaa vain kahdessa versiossa - kosketin on auki (ei toimintaa, ei jännitettä) ja kosketin on kiinni (on toimintaa, on jännite).

Digitaaliset signaalit

Kun diskreetti signaali ottaa vain joitain kiinteitä arvoja (jotka voivat sijaita ruudukossa tietyllä äänenkorkeudella), jotta ne voidaan esittää sarjana kvanttisuureita, tällaista diskreettiä signaalia kutsutaan digitaaliseksi. Toisin sanoen digitaalinen signaali on erillinen signaali, joka kvantisoidaan paitsi aikavälein myös tason mukaan.

Käytännössä diskreetit ja digitaaliset signaalit tunnistetaan useissa ongelmissa, ja ne voidaan helposti määrittää näytteiksi laskentalaitteen avulla.

Kuvassa on esimerkki analogisen digitaalisen signaalin muodostamisesta. Huomaa, että digitaaliset signaaliarvot eivät voi ottaa väliarvoja, vaan vain tiettyjä – kokonaislukuja pystysuorassa ruudukossa.

Digitaalinen signaali tallennetaan ja kirjoitetaan helposti laskentalaitteiden muistiin, se yksinkertaisesti luetaan ja kopioidaan ilman tarkkuuden menetystä, kun taas analogisen signaalin uudelleenkirjoittaminen liittyy aina osan, vaikkakin merkityksettömän, informaation menettämiseen.

Digitaalinen signaalinkäsittely mahdollistaa erittäin korkean suorituskyvyn laitteiden saamisen laskennallisten toimintojen suorittamisen ansiosta ilman laadun heikkenemistä tai mitättömällä häviöllä.

Näiden etujen ansiosta digitaaliset signaalit ovat nykyään kaikkialla tiedon tallennus- ja käsittelyjärjestelmissä. Kaikki nykyaikainen muisti on digitaalista. Analogiset tallennusvälineet (kuten kasetit jne.) ovat kauan poissa.

Analogiset ja digitaaliset jännitteenmittauslaitteet:

Mutta jopa digitaalisilla signaaleilla on haittapuolensa.Niitä ei voi lähettää suoraan sellaisenaan, koska lähetys tapahtuu yleensä jatkuvien sähkömagneettisten aaltojen kautta. Siksi digitaalisia signaaleja lähetettäessä ja vastaanotettaessa on turvauduttava lisämodulaatioon ja analogia-digitaalimuunnos... Digitaalisten signaalien pienempi dynaaminen alue (suurimman arvon suhde pienimpään arvoon), joka johtuu arvojen kvantisoinnista verkossa, on toinen niiden haitoista.

On myös alueita, joilla analogiset signaalit ovat välttämättömiä. Esimerkiksi analogista ääntä ei koskaan verrata digitaaliseen, joten putkivahvistimet ja tallenteet eivät ole vielä menneet pois muodista huolimatta lukuisista digitaalisista äänitallennusformaateista, joilla on korkein näytteenottotaajuus.