Analogā un digitālā elektronika

Elektronika ir sadalīta analogajā un digitālajā, un pēdējā gandrīz visās pozīcijās aizstāj analogo.

Analogā elektronika pēta ierīces, kas laika gaitā nepārtraukti ģenerē un apstrādā signālus.

Digitālā elektronika izmanto laika diskrētos signālus, kas visbiežāk tiek izteikti digitālā formā.

Kas ir signāls? Signāls ir kaut kas, kas nes informāciju. Gaisma, skaņa, temperatūra, ātrums — tie visi ir fiziski lielumi, kuru maiņai mums ir noteikta nozīme: vai nu kā dzīvības process, vai kā tehnoloģisks process.

Cilvēks daudzus fiziskus lielumus spēj uztvert kā informāciju. Lai to izdarītu, tam ir devēji - maņu orgāni, kas pārvērš dažādus ārējos signālus impulsos (kuriem, starp citu, ir elektrisks raksturs), kas nonāk smadzenēs. Šajā gadījumā visa veida signāli: gaisma, skaņa un temperatūra tiek pārveidoti par tāda paša rakstura impulsiem.

Elektroniskajās sistēmās maņu orgānu funkcijas veic sensori (sensori), kas visus fiziskos lielumus pārvērš elektriskos signālos.Gaismai — fotoelementi, skaņai — mikrofoni, temperatūrai — termistors vai termopāris.

Kāpēc tieši elektriskajos signālos? Atbilde ir acīmredzama, elektriskie lielumi ir universāli, jo jebkurus citus lielumus var pārveidot par elektriskiem un otrādi; elektriskie signāli tiek ērti pārraidīti un apstrādāti.

Pēc informācijas saņemšanas cilvēka smadzenes, pamatojoties uz šīs informācijas apstrādi, dod kontroles darbības muskuļiem un citiem mehānismiem. Līdzīgi elektroniskajās sistēmās elektriskie signāli kontrolē elektrisko, mehānisko, termisko un cita veida enerģiju, izmantojot elektromotorus, elektromagnētus, elektriskos gaismas avotus.

Tātad, secinājums. To, ko cilvēks iepriekš darīja (vai nevarēja), dara elektroniskās sistēmas: tās kontrolē, pārvalda, regulē, sazinās attālināti utt.

Informācijas pasniegšanas veidi

Izmantojot elektriskos signālus kā datu nesēju, ir iespējamas divas formas:

1) analogais — elektriskais signāls ir līdzīgs oriģinālajam jebkurā brīdī, t.i. nepārtraukti laikā. Temperatūras, spiediena, ātruma izmaiņas saskaņā ar nepārtrauktu likumu — sensori pārvērš šīs vērtības elektriskajā signālā, kas mainās saskaņā ar to pašu likumu (līdzīgi). Šajā formā attēlotajām vērtībām noteiktā diapazonā var būt bezgalīgs skaits vērtību.

2) atsevišķs — impulsa un digitālais — signāls ir impulsu virkne, kurā tiek iekodēta informācija. Šajā gadījumā netiek kodētas visas vērtības, bet tikai noteiktos laika momentos - signāla paraugu ņemšana.

Impulsa darbība - īslaicīga signāla ekspozīcija mijas ar pauzi.

Salīdzinot ar nepārtrauktu (analogu) darbību, impulsu darbībai ir vairākas priekšrocības:

— lielas izejas jaudas vērtības tādam pašam elektroniskās ierīces tilpumam un lielākai efektivitātei;

— paaugstināta trokšņu noturība, elektronisko ierīču precizitāte un uzticamība;

- temperatūras ietekmes un ierīces parametru izkliedes samazināšana, jo darbs tiek veikts divos režīmos: "ieslēgts" - "izslēgts";

— impulsu ierīču ieviešana uz viena tipa elementiem, viegli īstenojama ar integrālās tehnoloģijas metodi (uz mikroshēmām).

1.a attēlā parādītas nepārtraukta signāla ar taisnstūra impulsiem kodēšanas metodes — modulācijas process.

Impulsu amplitūdas modulācija (PAM) — impulsu amplitūda ir proporcionāla ieejas signālam.

Impulsa platuma modulācija (PWM) — impulsa platums tpulse ir proporcionāls ieejas signālam, impulsu amplitūda un frekvence ir nemainīga.

Impulsu frekvences modulācija (PFM) — ieejas signāls nosaka impulsu atkārtošanās ātrumu, kuriem ir nemainīgs ilgums un amplitūda.

1. attēls — a) Nepārtraukta signāla kodēšanas metodes ar taisnstūra impulsiem, b) Taisnstūra impulsu pamatparametri

Visbiežāk impulsi ir taisnstūrveida. 1.b attēlā parādīta periodiska taisnstūra impulsu secība un to galvenie parametri. Impulsus raksturo šādi parametri: Um — impulsa amplitūda; timp ir impulsa ilgums; tpause — pauzes ilgums starp impulsiem; Tp = tp + tp — impulsa atkārtošanās periods; f = 1 / Tp — impulsa atkārtošanās frekvence; QH = Tp / tp — impulsa darba cikls.

Līdzās taisnstūrveida impulsiem elektroniskajā inženierijā plaši tiek izmantoti zāģzobu, eksponenciālās, trapecveida un citu formu impulsi.

Digitālais darbības režīms — informācija tiek pārraidīta skaitļa veidā, kas atbilst noteiktai impulsu kopai (digitālais kods), un būtiska ir tikai impulsa esamība vai neesamība.

Digitālās ierīces visbiežāk darbojas tikai ar divām signāla vērtībām - nulli "0" (parasti zems spriegums vai bez impulsa) un "1" (parasti augsts sprieguma līmenis vai kvadrātveida viļņa klātbūtne), t.i. informācija tiek uzrādīta binārā skaitļu sistēmā.

Tas ir saistīts ar binārajā sistēmā attēloto signālu izveides, apstrādes, uzglabāšanas un pārraidīšanas ērtībām: slēdzis ir aizvērts - atvērts, tranzistors ir atvērts - aizvērts, kondensators ir uzlādēts - izlādējies, magnētiskais materiāls ir magnetizēts - demagnetizēts, utt.

Digitālā informācija tiek attēlota divos veidos:

1) potenciāls — vērtības «0» un «1» atbilst zemajam un augstajam spriegumam.

2) impulss — binārie mainīgie atbilst elektrisko impulsu esamībai vai neesamībai noteiktos laika momentos.