Аналогова и цифрова електроника

Електрониката е разделена на аналогова и цифрова, като последната е заменила аналоговата в почти всички позиции.

Аналогова електроника изучава устройства, които генерират и обработват сигнали непрекъснато във времето.

Цифрова електроника използва дискретни във времето сигнали, най-често изразени в цифров вид.

Какво е сигнал? Сигналът е нещо, което носи информация. Светлина, звук, температура, скорост — всичко това са физически величини, чиято промяна има определено значение за нас: или като процес на живот, или като технологичен процес.

Човек е способен да възприема много физически величини като информация. За да направи това, той има преобразуватели — сетивни органи, които преобразуват различни външни сигнали в импулси (които между другото са от електрическо естество), които влизат в мозъка. В този случай всички видове сигнали: светлина, звук и температура се превръщат в импулси от едно и също естество.

В електронните системи функциите на органите на сетивата се изпълняват от сензори (сензори), които преобразуват всички физически величини в електрически сигнали. За светлина — фотоклетки, за звук — микрофони, за температура — термистор или термодвойка.

Защо точно в електрическите сигнали? Отговорът е очевиден, електрическите величини са универсални, тъй като всякакви други величини могат да бъдат преобразувани в електрически и обратно; електрическите сигнали се предават и обработват удобно.

След получаване на информация, човешкият мозък, въз основа на обработката на тази информация, дава контролни действия на мускулите и други механизми. По подобен начин в електронните системи електрическите сигнали контролират електрическа, механична, топлинна и други видове енергия чрез електродвигатели, електромагнити, електрически източници на светлина.

И така, заключението. Това, което човек е направил по -рано (или не е могъл), се извършва от електронни системи: те контролират, управляват, регулират, комуникират от разстояние и т.н.

Начини за представяне на информация

Когато използвате електрически сигнали като носител на данни, са възможни две форми:

1) аналогов — електрическият сигнал е подобен на първоначалния във всеки момент от времето, т.е. непрекъснато във времето. Температурата, налягането, скоростта се променят според непрекъснат закон — сензорите преобразуват тези стойности в електрически сигнал, който се променя по същия закон (подобен). Стойностите, представени в тази форма, могат да приемат безкраен брой стойности в определен диапазон.

2) отделен — импулсен и цифров — сигнал е поредица от импулси, в които се кодира информация. В този случай не всички стойности са кодирани, а само в определени моменти от времето — вземане на проби от сигнал.

Пулсова операция — краткотрайното излагане на сигнала се редува с пауза.

В сравнение с непрекъснатата (аналогова) работа, импулсната работа има няколко предимства:

— големи стойности на изходна мощност за същия обем на електронно устройство и по -висока ефективност;

— повишаване на шумоустойчивостта, точността и надеждността на електронните устройства;

— намаляване на влиянието на температурите и разсейването на параметрите на устройството, тъй като работата се извършва в два режима: «включено» — «изключено»;

— внедряване на импулсни устройства върху еднотипни елементи, лесно изпълнявани по метода на интегралната технология (на микросхеми).

Фигура 1, а показва методите за кодиране на непрекъснат сигнал с правоъгълни импулси — процесът на модулация.

Импулсно-амплитудна модулация (PAM) — амплитудата на импулсите е пропорционална на входния сигнал.

Модулация с широчина на импулса (PWM) — ширината на импулса tpulse е пропорционална на входния сигнал, амплитудата и честотата на импулсите са постоянни.

Импулсно -честотна модулация (PFM) — входният сигнал определя честотата на повторение на импулсите, които имат постоянна продължителност и амплитуда.

Фигура 1 — а) Методи за кодиране на непрекъснат сигнал с правоъгълни импулси, б) Основни параметри на правоъгълни импулси

Най -често срещаните импулси са правоъгълни. Фигура 1б показва периодична последователност от правоъгълни импулси и техните основни параметри. Импулсите се характеризират със следните параметри: Um — амплитуда на импулса; timp е продължителността на импулса; tpause — продължителността на паузата между импулсите; Tp = tp + tp — период на повторение на импулса; f = 1 / Tp — честота на повторение на импулса; QH = Tp / tp — работен цикъл на импулса.

Наред с правоъгълните импулси в електронното инженерство, широко се използват импулси от трион, експоненциална, трапецовидна и други форми.

Цифров режим на работа — информацията се предава под формата на число, което съответства на определен набор от импулси (цифров код), като съществено е само наличието или отсъствието на импулс.

Дигиталните устройства най-често работят само с две стойности на сигнала- нула «0» (обикновено ниско напрежение или без импулс) и «1» (обикновено ниво на високо напрежение или наличие на квадратна вълна), т.е. информацията се представя в двоична бройна система.

Това се дължи на удобството за създаване, обработка, съхраняване и предаване на сигнали, представени в двоичната система: ключът е затворен — отворен, транзисторът е отворен — затворен, кондензаторът е зареден — разреден, магнитният материал е намагнетизиран — размагнетизиран, и т.н.

Цифровата информация се представя по два начина:

1) потенциал — стойностите «0» и «1» съответстват на ниско и високо напрежение.

2) импулс — двоичните променливи съответстват на наличието или отсъствието на електрически импулси в определени моменти от времето.