Analoginen ja digitaalinen elektroniikka

Elektroniikka on jaettu analogiseen ja digitaaliseen, joista jälkimmäinen korvaa analogisen lähes kaikissa asennoissa.

Analoginen elektroniikka tutkii laitteita, jotka tuottavat ja käsittelevät signaaleja jatkuvasti ajan kuluessa.

Digitaalinen elektroniikka käyttää aikadiskreettejä signaaleja, jotka useimmiten ilmaistaan ​​digitaalisessa muodossa.

Mikä on signaali? Signaali on jotain, joka kuljettaa tietoa. Valo, ääni, lämpötila, nopeus – kaikki nämä ovat fysikaalisia suureita, joiden muutoksella on meille tietty merkitys: joko elämänprosessina tai teknologisena prosessina.

Ihminen pystyy havaitsemaan monia fyysisiä määriä tietona. Tätä varten siinä on muuntimet - aistielimet, jotka muuttavat erilaisia ​​​​ulkoisia signaaleja impulsseiksi (jotka ovat muuten luonteeltaan sähköisiä), jotka tulevat aivoihin. Tässä tapauksessa kaikentyyppiset signaalit: valo, ääni ja lämpötila muunnetaan samanlaisiksi impulsseiksi.

Elektronisissa järjestelmissä aistielinten toimintoja suorittavat anturit (anturit), jotka muuttavat kaikki fyysiset suureet sähköisiksi signaaleiksi.Valolle - valokennot, äänelle - mikrofonit, lämpötilalle - termistori tai termopari.

Miksi juuri sähköisissä signaaleissa? Vastaus on ilmeinen, sähkösuureet ovat universaaleja, koska kaikki muut suureet voidaan muuntaa sähköisiksi ja päinvastoin; sähköiset signaalit lähetetään ja käsitellään kätevästi.

Tietojen vastaanottamisen jälkeen ihmisen aivot antavat tämän tiedon käsittelyn perusteella ohjaustoimia lihaksille ja muille mekanismeille. Vastaavasti elektronisissa järjestelmissä sähköiset signaalit ohjaavat sähkö-, mekaan-, lämpö- ja muun tyyppistä energiaa sähkömoottoreiden, sähkömagneettien ja sähköisten valonlähteiden kautta.

Eli johtopäätös. Sen, mitä ihminen aiemmin teki (tai ei voinut), tekevät elektroniset järjestelmät: ne ohjaavat, hallitsevat, säätelevät, kommunikoivat etänä jne.

Tiedon esittelytavat

Käytettäessä sähköisiä signaaleja tietovälineenä on kaksi mahdollista muotoa:

1) analoginen — sähköinen signaali on samanlainen kuin alkuperäinen milloin tahansa, ts. jatkuvasti ajassa. Lämpötila, paine, nopeus muuttuvat jatkuvan lain mukaan — anturit muuttavat nämä arvot sähköiseksi signaaliksi, joka muuttuu saman lain mukaan (samanlainen). Tässä muodossa esitetyt arvot voivat ottaa äärettömän määrän arvoja tietyllä alueella.

2) erillinen - pulssi- ​​ja digitaalinen - signaali on sarja pulsseja, joihin informaatio on koodattu. Tässä tapauksessa kaikkia arvoja ei koodata, vaan vain tiettyinä hetkinä - signaalin näytteenotto.

Pulssikäyttö - signaalin lyhytaikainen altistuminen vuorottelee tauon kanssa.

Jatkuvaan (analogiseen) toimintaan verrattuna pulssitoiminnalla on useita etuja:

- suuret lähtötehoarvot samalle elektronisen laitteen tilavuudelle ja korkeammalle hyötysuhteelle;

— elektronisten laitteiden melunsietokyvyn, tarkkuuden ja luotettavuuden lisääminen;

— lämpötilojen vaikutuksen ja laiteparametrien hajaantumisen vähentäminen, koska työ suoritetaan kahdessa tilassa: "on" - "off";

— pulssilaitteiden toteuttaminen yksityyppisillä elementeillä, jotka on helppo toteuttaa integraalitekniikan menetelmällä (mikropiireissä).

Kuva 1a esittää menetelmät jatkuvan signaalin koodaamiseksi suorakaiteen muotoisilla pulsseilla - modulaatioprosessi.

Pulssin amplitudimodulaatio (PAM) — pulssien amplitudi on verrannollinen tulosignaaliin.

Pulssin leveysmodulaatio (PWM) — pulssin leveys tpulse on verrannollinen tulosignaaliin, pulssien amplitudi ja taajuus ovat vakioita.

Pulse-Frequency Modulation (PFM) — tulosignaali määrittää pulssien toistotaajuuden, joilla on vakiokesto ja amplitudi.

Kuva 1 — a) Menetelmät jatkuvan signaalin koodaamiseksi suorakaiteen muotoisilla pulsseilla, b) Suorakulmaisten pulssien perusparametrit

Yleisimmät pulssit ovat suorakaiteen muotoisia. Kuva 1b esittää jaksollisen sekvenssin suorakaiteen muotoisia pulsseja ja niiden pääparametreja. Pulsseille on tunnusomaista seuraavat parametrit: Um — pulssin amplitudi; timp on pulssin kesto; tpause — pulssien välisen tauon kesto; Tp = tp + tp — pulssin toistojakso; f = 1 / Tp — pulssin toistotaajuus; QH = Tp / tp — pulssin käyttöjakso.

Elektroniikkatekniikassa suorakulmaisten pulssien ohella käytetään laajalti sahahampaisia, eksponentiaalisia, puolisuunnikkaan muotoisia ja muita muotoja.

Digitaalinen toimintatapa — tieto välitetään numeron muodossa, joka vastaa tiettyä pulssijoukkoa (digitaalinen koodi), ja vain pulssin olemassaolo tai puuttuminen on olennaista.

Digitaaliset laitteet toimivat useimmiten vain kahdella signaaliarvolla - nolla «0» (yleensä matala jännite tai ei pulssia) ja «1» (yleensä korkea jännitetaso tai neliöaallon läsnäolo), ts. tiedot esitetään binäärilukujärjestelmässä.

Tämä johtuu binäärijärjestelmässä esitettyjen signaalien luomisen, käsittelyn, tallentamisen ja lähettämisen mukavuudesta: kytkin on kiinni - auki, transistori on auki - kiinni, kondensaattori on ladattu - purkautunut, magneettinen materiaali on magnetoitu - demagnetoitu, jne.

Digitaalinen tieto esitetään kahdella tavalla:

1) potentiaali - arvot «0» ja «1» vastaavat pientä ja korkeaa jännitettä.

2) impulssi — binäärimuuttujat vastaavat sähköisten impulssien läsnäoloa tai puuttumista tietyillä ajanhetkillä.