Analoge, discrete en digitale signalen

Elke fysieke grootheid kan door de aard van zijn waardeverandering constant zijn (als het maar één vaste waarde heeft), discreet (als het twee of meer vaste waarden kan hebben) of analoog (als het een oneindig aantal waarden kan hebben). Al deze hoeveelheden kunnen worden gedigitaliseerd.

Analoge signalen

Een analoog signaal is een signaal dat kan worden weergegeven door een ononderbroken lijn van een reeks waarden die op elk tijdstip ten opzichte van de tijdas zijn gedefinieerd. De waarden van een analoog signaal zijn op elk moment willekeurig, dus het kan over het algemeen worden weergegeven als een soort continue functie (afhankelijk van de tijd als een variabele) of als een stuksgewijze continue functie van de tijd.

Een analoog signaal kan bijvoorbeeld een audiosignaal worden genoemd dat wordt gegenereerd door een spoel van een elektromagnetische microfoon of een akoestische buizenversterker, omdat zo'n signaal continu is en de waarden (spanning of stroom) ervan sterk van elkaar verschillen bij elk moment in de tijd.

Onderstaande figuur toont een voorbeeld van dit type analoog signaal.

Analoge waarden kunnen binnen bepaalde grenzen een oneindige verscheidenheid aan waarden hebben. Ze zijn continu en hun waarden kunnen niet met grote sprongen veranderen.

Een voorbeeld van een analoog signaal: een thermokoppel zendt een analoge temperatuurwaarde uit naar de programmeerbare logische controller, die de temperatuur regelt in een elektrische oven met een solid-state relais.

Discrete signalen

Als een signaal alleen op bepaalde momenten willekeurige waarden aanneemt, dan heet zo'n signaal discreet. In de praktijk worden meestal discrete signalen gebruikt die over een uniform tijdraster zijn verdeeld, waarvan de stap het bemonsteringsinterval wordt genoemd.

Een discreet signaal neemt alleen op bemonsteringsmomenten bepaalde niet-nulwaarden aan, dat wil zeggen dat het niet continu is, in tegenstelling tot een analoog signaal. Als er met regelmatige tussenpozen kleine stukjes van een bepaalde grootte uit een geluidssignaal worden geknipt, kan zo'n signaal discreet worden genoemd.

Hieronder staat een voorbeeld van het genereren van zo'n discreet signaal met een bemonsteringsinterval T. Merk op dat alleen het bemonsteringsinterval wordt gemeten, niet de signaalwaarden zelf.

Discrete signalen hebben twee of meer vaste waarden (het aantal van hun waarden wordt altijd uitgedrukt als gehele getallen).

Een voorbeeld van een eenvoudig discreet signaal voor twee waarden: activering van een eindschakelaar (omschakelen van de schakelcontacten in een bepaalde stand van het mechanisme). Het signaal van de eindschakelaar kan in slechts twee versies worden ontvangen: het contact is open (geen actie, geen spanning) en het contact is gesloten (er is actie, er is spanning).

Digitale signalen

Wanneer een discreet signaal slechts enkele vaste waarden aanneemt (die zich op een rooster met een bepaalde toonhoogte kunnen bevinden) zodat ze kunnen worden weergegeven als een reeks kwantumgrootheden, wordt zo'n discreet signaal digitaal genoemd. Dat wil zeggen, een digitaal signaal is een discreet signaal dat niet alleen wordt gekwantiseerd door tijdsintervallen, maar ook door niveau.

In de praktijk worden discrete en digitale signalen geïdentificeerd in een aantal problemen en kunnen ze gemakkelijk worden bepaald als monsters met behulp van een computerapparaat.

De afbeelding toont een voorbeeld van het vormen van een digitaal signaal op basis van een analoog signaal. Houd er rekening mee dat digitale signaalwaarden geen tussenliggende waarden kunnen aannemen, alleen specifieke — geheel aantal stappen in een verticaal raster.

Een digitaal signaal wordt gemakkelijk opgenomen en herschreven in het geheugen van computerapparatuur, het wordt eenvoudig gelezen en gekopieerd zonder verlies van nauwkeurigheid, terwijl het herschrijven van een analoog signaal altijd gepaard gaat met het verlies van een deel van de informatie, zij het onbeduidend.

Digitale signaalverwerking maakt het mogelijk om apparaten te verkrijgen met zeer hoge prestaties dankzij de uitvoering van rekenkundige bewerkingen met absoluut geen kwaliteitsverlies of met verwaarloosbaar verlies.

Vanwege deze voordelen zijn het digitale signalen die tegenwoordig alomtegenwoordig zijn in gegevensopslag- en verwerkingssystemen. Al het moderne geheugen is digitaal. Analoge opslagmedia (zoals cassettes etc.) zijn allang verdwenen.

Analoge en digitale spanningsmeetinstrumenten:

Maar zelfs digitale signalen hebben hun nadelen.Ze kunnen niet rechtstreeks worden verzonden, omdat de overdracht meestal plaatsvindt via continue elektromagnetische golven. Daarom is het noodzakelijk om bij het verzenden en ontvangen van digitale signalen een beroep te doen op naar extra modulatie En analoog-naar-digitaal conversie... Het kleinere dynamische bereik van digitale signalen (de verhouding van de grootste waarde tot de kleinste waarde), als gevolg van de kwantisering van de waarden langs het netwerk, is een ander nadeel.

Er zijn ook gebieden waar analoge signalen onmisbaar zijn. Zo is analoog geluid nooit te vergelijken met digitaal, dus buizenversterkers en opnames zijn nog niet uit de mode, ondanks de overvloed aan digitale audio-opnameformaten met de hoogste sampling rates.