Analoge en digitale elektronica

Elektronica is onderverdeeld in analoog en digitaal, waarbij de laatste in bijna alle posities analoog vervangt.

Analoge elektronica bestudeert apparaten die in de loop van de tijd continu signalen genereren en verwerken.

Digitale elektronica maakt gebruik van tijddiscrete signalen, meestal uitgedrukt in digitale vorm.

Wat is een signaal? Een signaal is iets dat informatie draagt. Licht, geluid, temperatuur, snelheid - het zijn allemaal fysieke grootheden waarvan de verandering een bepaalde betekenis voor ons heeft: als een levensproces of als een technologisch proces.

Een persoon is in staat om veel fysieke grootheden als informatie waar te nemen. Om dit te doen, heeft het transducers - sensorische organen die verschillende externe signalen omzetten in impulsen (die overigens van elektrische aard zijn) die de hersenen binnenkomen. Hierbij worden alle soorten signalen: licht, geluid en temperatuur omgezet in impulsen van dezelfde aard.

In elektronische systemen worden de functies van de zintuigen uitgevoerd door sensoren (sensoren), die alle fysieke grootheden omzetten in elektrische signalen.Voor licht - fotocellen, voor geluid - microfoons, voor temperatuur - een thermistor of thermokoppel.

Waarom juist in elektrische signalen? Het antwoord ligt voor de hand: elektrische grootheden zijn universeel omdat alle andere grootheden kunnen worden omgezet in elektrisch en vice versa; elektrische signalen worden gemakkelijk verzonden en verwerkt.

Na het ontvangen van informatie geeft het menselijk brein, op basis van de verwerking van deze informatie, besturingsacties aan spieren en andere mechanismen. Evenzo regelen elektrische signalen in elektronische systemen elektrische, mechanische, thermische en andere soorten energie via elektromotoren, elektromagneten en elektrische lichtbronnen.

De conclusie dus. Wat de mens vroeger deed (of niet kon) wordt gedaan door elektronische systemen: ze besturen, beheren, regelen, communiceren op afstand, enz.

Manieren om informatie te presenteren

Bij het gebruik van elektrische signalen als gegevensdrager zijn twee vormen mogelijk:

1) analoog - het elektrische signaal is op elk moment vergelijkbaar met het originele signaal, d.w.z. continu in de tijd. Temperatuur, druk, snelheid veranderen volgens een continue wet - sensoren zetten deze waarden om in een elektrisch signaal dat verandert volgens dezelfde wet (vergelijkbaar). De waarden die in dit formulier worden weergegeven, kunnen een oneindig aantal waarden aannemen binnen een bepaald bereik.

2) een afzonderlijk - puls en digitaal - signaal is een reeks pulsen waarin informatie is gecodeerd. In dit geval worden niet alle waarden gecodeerd, maar alleen op bepaalde momenten - signaalbemonstering.

Pulswerking - korte blootstelling van het signaal wordt afgewisseld met een pauze.

In vergelijking met continu (analoog) bedrijf heeft pulsbedrijf verschillende voordelen:

— grote uitgangsvermogenswaarden voor hetzelfde volume elektronisch apparaat en hoger rendement;

— verhoging van de ruisimmuniteit, nauwkeurigheid en betrouwbaarheid van elektronische apparaten;

— vermindering van de invloed van temperaturen en spreiding van apparaatparameters, aangezien het werk in twee modi wordt uitgevoerd: "aan" — "uit";

— implementatie van pulsapparaten op elementen van één type, eenvoudig geïmplementeerd door de methode van integrale technologie (op microschakelingen).

Figuur 1a toont de methoden voor het coderen van een continu signaal met rechthoekige pulsen - het modulatieproces.

Pulsamplitudemodulatie (PAM) — de amplitude van de pulsen is evenredig met het ingangssignaal.

Pulsbreedtemodulatie (PWM) — de pulsbreedte tpulse is evenredig met het ingangssignaal, de amplitude en frequentie van de pulsen zijn constant.

Pulsfrequentiemodulatie (PFM) — het ingangssignaal bepaalt de herhalingsfrequentie van pulsen met een constante duur en amplitude.

Figuur 1 — a) Methoden voor het coderen van een continu signaal met rechthoekige pulsen, b) Basisparameters van rechthoekige pulsen

De meest voorkomende pulsen zijn rechthoekig. Figuur 1b toont een periodieke reeks rechthoekige pulsen en hun belangrijkste parameters. De pulsen worden gekenmerkt door de volgende parameters: Um — pulsamplitude; timp is de pulsduur; tpause — de duur van de pauze tussen pulsen; Tp = tp + tp — pulsherhalingsperiode; f = 1 / Tp - pulsherhalingsfrequentie; QH = Tp / tp — pulsduur.

Samen met rechthoekige pulsen in de elektronische techniek worden pulsen van zaagtand, exponentiële, trapeziumvormige en andere vormen veel gebruikt.

Digitale werking — informatie wordt verzonden in de vorm van een getal dat overeenkomt met een bepaalde reeks pulsen (digitale code), en alleen de aan- of afwezigheid van een puls is essentieel.

Digitale apparaten werken meestal met slechts twee signaalwaarden - nul «0» (meestal lage spanning of geen puls) en «1» (meestal hoog spanningsniveau of de aanwezigheid van een blokgolf), d.w.z. de informatie wordt gepresenteerd in een binair getallenstelsel.

Dit komt door het gemak van het creëren, verwerken, opslaan en verzenden van signalen weergegeven in het binaire systeem: de schakelaar is gesloten - open, de transistor is open - gesloten, de condensator is opgeladen - ontladen, het magnetische materiaal is gemagnetiseerd - gedemagnetiseerd, enz. .

Digitale informatie wordt op twee manieren weergegeven:

1) potentiaal — de waarden «0» en «1» komen overeen met laag- en hoogspanning.

2) impuls - binaire variabelen komen overeen met de aanwezigheid of afwezigheid van elektrische impulsen op bepaalde momenten.