Mitkä ovat analogiset ja digitaaliset signaalit
Sähkötekniikan laajassa valtakunnassa keskeinen komponentti on signaalien otteessa ja hyödyntämisessä.Nämä signaalit, jotka ovat perustavanlaatuisia kaikessa alkeellisesta elektroniikan koulutuksesta piiriarkkitehtuurin monimutkaisuuksiin, ovat ymmärryksen ja soveltamisen kallioperä.Tämä artikkeli on syvästi sähkötekniikan signaalien monipuolinen luonne, keskittyen erityisesti analogisten ja digitaalisten muotojen välisiin eroihin.Aloitamme perusmääritelmät ja signaalityypit, etenemällä tutkimaan niiden monipuolisia sovelluksia ja seuraavia vaikutuksia eri piirimalleissa.Vähitellen tämä etsintä purkaa kerrostetun monimutkaisuuden ja korostaa niiden keskeistä roolia nykyaikaisessa sähkötekniikassa.
Signaalit, elektroniikkatekniikan alueella, nousevat tärkeänä kanavana tiedon esittämiselle ja lähettämiselle.He ilmentävät aikaa muuttavia fyysisiä määriä, kuten jännite tai virta, jotka kykenevät välittämään joukon tietoa.Tähän sisältyy, mutta ei rajoittuen, ympäristön lämpötilan lukemat, ääni- ja videotiedot sekä tietobittien siirron mikrokontrollerin (MCU) ja tavanomaisen logiikkaportin integroidun piirin (IC) välillä.Signaalien monipuolinen luonne ilmenee muodossaan: ne voivat esiintyä jatkuvasti kehittyvänä analogisena signaalina tai olettaa digitaalisen signaalin erillisen tilan.Analogiset signaalit erotetaan niiden kyvystä olettaa lukemattomia arvoja tietyllä jännitealueella, ja niiden jatkuvuus on taitava kaappaamaan fyysisten määrien pienimpiä muutoksia.Digitaaliset signaalit ovat selvästi ristiriidassa vain kahteen osavaltioon: korkeaan ja matalaan.
Signaalin monimuotoisuuden monimutkaisessa maailmassa on tärkeää tunnistaa, että digitaaliset signaalit saavuttavat harvoin 0 V: n tai 5V: n ihanteelliset tilat.Tämä johtuu digitaalisten elektronisten laitteiden luontaisesta luonteesta, kuten logiikka -ICS: stä, jotka toimivat tietyillä kynnysalueilla signaalin tilan havaitsemiseksi korkeaksi tai matalaksi.Tarkastellaan esimerkiksi tiettyjä laitteita, joissa signaalit, jotka ovat alle 1,35 V: n, katsotaan alhaisina ja yli 3,15 V: n koneet ovat korkeat.Näiden kynnysarvojen välissä on harmaa vyöhyke.Tällä epäselvällä alueella laitteen vastaus heiluttaa mahdollisesti logiikkavirheitä.Tämän vivakatun asetuksen tarkoitus?Melun tai pienen jännitteen vaihtelun aiheuttamien väärien lukemien lieventämiseksi.Käytännön sovellukset vaativat, että suunnittelijat ottavat huomioon nämä kynnysarvot varmistaen, että signaalit pysyvät nimetyllä turvaalueella.Sitä vastoin analogiset signaalit välttävät tällaisia jäykkiä rajauksia.Heidän verkkotunnuksensa kattaa jatkuvan spektrin, sanoen 0 V - 5 V.Jopa pienin jännitevaihto - kuva A muutos 0,00001 V: stä 4,9999V - saattaa olla keskeinen.Tällaiset jatkuvuuden ansiosta analogiset signaalit, jotka ovat ihanteellisia sovelluksille, jotka vaativat erittäin varmoja vastauksia hienovaraisiin vaihteluihin, kuten äänen monistumiseen tai signaalin modulointiin.
Ero analogisten signaalien ja digitaalisten signaalien välillä
Sukellus sähkötekniikan koulutuksen alueelle, aloittelijat kohtaavat usein ensin puhtaasti digitaalisia piirejä.Silti perusoppiminen alkaa tyypillisesti analogisilla piireillä.Nämä piirit ovat peruskomponenttien - vastusten, kondensaattoreiden, diodien - summa ja niiden toiminnallisuus juurtuu analogiseen tekniikkaan.Ota perusanaloginen piiri, jännitteenjakaja: pelkkä vastuspari on kaikki mitä tarvitaan jakamaan jännitteet suhteessa niiden vastuskykyyn.Tai harkitse yksinkertaista oskillaattoripiiri, joka käsittää transistorin ja kondensaattorin, joka tuottaa jatkuvan aaltomuodon signaalin.Skenaarioissa, jotka vaativat monimutkaisempaa, kuten radiovastaanottimissa tai modeemissa, analogiset piirit kehittyvät.Täällä he tutkivat monimutkaisempia alueita, joihin liittyy taajuuden valinta, signaalin monistuminen ja suodatus.
Analogiset piirit loistavat tiettyjen tehtävien tehokkaasti.Heidän suunnittelu on kuitenkin monimutkaisuuden labyrintti, joka vaatii paitsi laajaa käytännön kokemusta myös vankan teoreettisen tiedon perustan.Tätä monimutkaisuutta yhdistää edelleen monimutkainen matemaattinen mallintaminen ja laskelmat, jotka ovat integroituneita valtakunniksi, kuten Fourier -muunnokset ja suodattimen suunnitteluteoria.Kasteasti digitaalisten piirien rakentaminen ja vianetsintä on kävely puistossa.Monet digitaaliset IC: t on kekseliäisesti muotoiltu analogisten piirien toimintojen toistamiseksi, mutta huomattavasti helpommin.Otetaan esimerkiksi digitaalisten signaalin prosessorit (DSP), jotka kykenevät suorittamaan kompleksin signaalinkäsittelytehtäviä, jotka muuten vaativat monimutkaisia analogisia asetuksia.
Häiriöiden vastustamisessa analogiset piirit ovat haavoittuvampia.Sähkömagneettiset häiriöt ja lämpötilan vaihtelut - voivat tuhota, mikä johtaa signaalin vääristymiseen ja suorituskyvyn menetykseen.Toisaalta digitaaliset piirit seisovat korkeina tällaisia haasteita vastaan.He käyttävät korkeaa ja matalaa tasoa tiedon edustamiseen, antaen heille suojan pieniä ääniä ja puuttumisia vastaan.Tämä kestävyys on kuitenkin hinnalla - digitaaliset piirit vaativat usein kalliimpaa tarkkuutta valmistusta ja yksityiskohtaisempia logiikkakuvioita.
Useimmat digitaaliset piirit omaksuvat synkronisen suunnittelun.He luottavat yhtenäiseen kellosignaaliin eri komponenttien toiminnan synkronoimiseksi varmistaen, että järjestelmä toimii harmoniassa.Analogiset piirit eroavat jyrkästi;Ne ovat enimmäkseen asynkronisia, jotka kykenevät reagoimaan heti tulosignaalin muutoksiin-kriittinen ominaisuus jatkuvasti muuttuvien signaalien hallitsemiseksi.
Sukella syvemmälle sähkötekniikan signaalin monimuotoisuuden dichotomiaan, analogisten ja digitaalisten signaalien väliset erot muuttuvat hämmästyttävän selkeiksi.Jokainen signaalityyppi, ainutlaatuisilla ominaisuuksillaan, katkaisee kapeansa.Analogiset signaalit, jatkuvalla muutoksellaan ja suurella tarkkuudella, sekä digitaaliset signaalit, jotka tunnetaan kestävyydestään ja käsittelyn helppoudesta, kukin pelaa keskeisiä rooleja.Näiden signaalien, niiden luonteen ja toiminnan ymmärtäminen ei ole vain sähköinsinöörien kulmakiven taito.Se on elintärkeä hammaslääkäri suunnittelun ja innovaatioiden pyörässä.