Аналогови, дискретни и цифрови сигнали

Всяко физическо количество по естеството на промяната на стойността му може да бъде постоянно (ако има само една фиксирана стойност), дискретно (ако може да има две или повече фиксирани стойности) или аналогово (ако може да има безкраен брой стойности). Всички тези количества могат да бъдат цифровизирани.

Аналогови сигнали

Аналогов сигнал е сигнал, който може да бъде представен с непрекъсната линия от набор от стойности, определени във всяка времева точка спрямо оста на времето. Стойностите на аналогов сигнал са произволни във всеки момент от време, така че той по принцип може да бъде представен като вид непрекъсната функция (в зависимост от времето като променлива) или като парче непрекъсната функция на времето.

Аналогов сигнал може да се нарече например аудио сигнал, генериран от намотка на електромагнитен микрофон или тръбен акустичен усилвател, тъй като такъв сигнал е непрекъснат и стойностите му (напрежение или ток) са много различни една от друга при всеки момент във времето.

Фигурата по -долу показва пример за този вид аналогов сигнал.

Аналоговите стойности могат да имат безкрайно разнообразие от стойности в определени граници. Те са непрекъснати и техните стойности не могат да се променят скокове и граници.

Пример за аналогов сигнал: термодвойка предава аналогова стойност на температурата към програмируемия логически контролер, който контролира температурата в електрическа фурна с твърдо реле.

Дискретни сигнали

Ако сигнал приема произволни стойности само в определени моменти от времето, тогава такъв сигнал се нарича дискретен. Най -често на практика се използват дискретни сигнали, разпределени върху еднаква времева решетка, чиято стъпка се нарича интервал на вземане на проби.

Дискретен сигнал приема определени ненулеви стойности само в моменти на дискретизация, тоест не е непрекъснат, за разлика от аналоговия сигнал. Ако малки части с определен размер се изрязват от звуков сигнал на равни интервали, такъв сигнал може да се нарече дискретен.

По -долу е даден пример за генериране на такъв дискретен сигнал с интервал на дискретизация Т. Обърнете внимание, че се измерва само интервалът на дискретизация, но не и самите стойности на сигнала.

Дискретни сигнали имат две или повече фиксирани стойности (броят на техните стойности винаги се изразява като цели числа).

Пример за прост дискретен сигнал за две стойности: задействане на краен прекъсвач (превключване на контактите на превключвателя в определено положение на механизма). Сигналът от крайния превключвател може да бъде получен само в две версии — контактът е отворен (няма действие, няма напрежение) и контактът е затворен (има действие, има напрежение).

Цифрови сигнали

Когато дискретен сигнал приема само някои фиксирани стойности (които могат да бъдат разположени върху решетка с определена стъпка), така че да могат да бъдат представени като редица квантови величини, такъв дискретен сигнал се нарича цифров. Тоест, цифров сигнал е дискретен сигнал, който се квантува не само по времеви интервали, но и по ниво.

На практика дискретни и цифрови сигнали се идентифицират в редица проблеми и могат лесно да се определят под формата на проби с помощта на изчислително устройство.

Фигурата показва пример за формиране на цифров сигнал въз основа на аналогов. Моля, обърнете внимание, че стойностите на цифровия сигнал не могат да приемат междинни стойности, а само определени — целочислен брой стъпки във вертикална мрежа.

Цифровият сигнал лесно се записва и преписва в паметта на изчислителните устройства, той просто се чете и копира без загуба на точност, докато пренаписването на аналогов сигнал винаги се свързва със загубата на някаква, макар и незначителна, част от информацията.

Цифровата обработка на сигнала дава възможност за получаване на устройства с много висока производителност поради изпълнението на изчислителни операции без абсолютно никаква загуба на качество или с незначителна загуба.

Поради тези предимства, именно цифровите сигнали са повсеместни днес в системите за съхранение и обработка на данни. Цялата съвременна памет е цифрова. Аналоговите носители за съхранение (като касети и т.н.) отдавна са минало.

Аналогови и цифрови инструменти за измерване на напрежение:

Но дори цифровите сигнали имат своите недостатъци. Те не могат да се предават директно такива, каквито са, защото предаването обикновено се осъществява чрез непрекъснати електромагнитни вълни. Ето защо при предаване и приемане на цифрови сигнали е необходимо да се прибегне до към допълнителна модулация и аналогово-цифрово преобразуване… По -малкият динамичен диапазон на цифровите сигнали (съотношението на най -голямата стойност към най -малката стойност), поради квантуването на стойностите по мрежата, е друг от техните недостатъци.

Има и области, където аналоговите сигнали са незаменими. Например, аналоговият звук никога няма да бъде сравнен с цифровия, така че ламповите усилватели и записи все още не излизат от мода, въпреки изобилието от формати за цифрово аудио запис с най -високите честоти на дискретизация.