Analogna in digitalna elektronika

Elektroniko delimo na analogno in digitalno, pri čemer slednja skoraj v vseh položajih nadomešča analogno.

Analogna elektronika preučuje naprave, ki neprekinjeno skozi čas ustvarjajo in obdelujejo signale.

Digitalna elektronika uporablja časovno diskretne signale, najpogosteje izražene v digitalni obliki.

Kaj je signal? Signal je nekaj, kar prenaša informacije. Svetloba, zvok, temperatura, hitrost — vse to so fizikalne količine, katerih spreminjanje ima za nas določen pomen: bodisi kot življenjski proces bodisi kot tehnološki proces.

Človek je sposoben zaznati številne fizikalne količine kot informacijo. Za to ima pretvornike - senzorične organe, ki pretvarjajo različne zunanje signale v impulze (ki so, mimogrede, električne narave), ki vstopajo v možgane. V tem primeru se vse vrste signalov: svetloba, zvok in temperatura pretvorijo v impulze iste narave.

V elektronskih sistemih opravljajo funkcije čutnih organov senzorji (senzorji), ki pretvarjajo vse fizikalne količine v električne signale.Za svetlobo - fotocelice, za zvok - mikrofoni, za temperaturo - termistor ali termočlen.

Zakaj ravno v električnih signalih? Odgovor je očiten, električne količine so univerzalne, ker se lahko vse druge količine pretvorijo v električne in obratno; električni signali se priročno prenašajo in obdelujejo.

Po prejemu informacij človeški možgani na podlagi obdelave teh informacij dajejo krmilne ukrepe mišicam in drugim mehanizmom. Podobno v elektronskih sistemih električni signali krmilijo električno, mehansko, toplotno in druge vrste energije preko elektromotorjev, elektromagnetov, električnih virov svetlobe.

Torej, zaključek. Kar je človek prej počel (ali ni mogel), počnejo elektronski sistemi: nadzorujejo, upravljajo, regulirajo, komunicirajo na daljavo itd.

Načini podajanja informacij

Pri uporabi električnih signalov kot nosilca podatkov sta možni dve obliki:

1) analogni - električni signal je v katerem koli trenutku podoben izvirnemu, tj. neprekinjeno v času. Temperatura, tlak, hitrost se spreminjajo po neprekinjenem zakonu - senzorji pretvorijo te vrednosti v električni signal, ki se spreminja po istem zakonu (podobno). Vrednosti, predstavljene v tej obliki, lahko sprejmejo neskončno število vrednosti znotraj določenega obsega.

2) ločen - impulzni in digitalni - signal je serija impulzov, v katerih so kodirane informacije. V tem primeru niso kodirane vse vrednosti, ampak le v določenih trenutkih - vzorčenje signala.

Impulzno delovanje - kratkotrajna izpostavljenost signala se izmenjuje s premorom.

V primerjavi z neprekinjenim (analognim) delovanjem ima pulzno delovanje več prednosti:

— velike vrednosti izhodne moči za enako količino elektronske naprave in večjo učinkovitost;

— povečanje odpornosti proti hrupu, natančnosti in zanesljivosti elektronskih naprav;

— zmanjšanje vpliva temperatur in disperzije parametrov naprave, saj se delo izvaja v dveh načinih: "vklopljeno" — "izklopljeno";

— izvedba impulznih naprav na elementih enega tipa, ki jih je enostavno izvesti z metodo integralne tehnologije (na mikrovezjih).

Slika 1a prikazuje metode kodiranja neprekinjenega signala s pravokotnimi impulzi - proces modulacije.

Impulzno-amplitudna modulacija (PAM) — amplituda impulzov je sorazmerna z vhodnim signalom.

Modulacija širine impulza (PWM) — širina impulza tpulse je sorazmerna z vhodnim signalom, amplituda in frekvenca impulzov sta konstantni.

Impulzno-frekvenčna modulacija (PFM) — vhodni signal določa hitrost ponavljanja impulzov, ki imajo konstantno trajanje in amplitudo.

Slika 1 — a) Metode kodiranja neprekinjenega signala s pravokotnimi impulzi, b) Osnovni parametri pravokotnih impulzov

Najpogostejši impulzi so pravokotni. Slika 1b prikazuje periodično zaporedje pravokotnih impulzov in njihove glavne parametre. Za impulze so značilni naslednji parametri: Um — amplituda impulza; timp je trajanje impulza; tpavza — trajanje premora med impulzi; Tp = tp + tp — obdobje ponavljanja impulza; f = 1 / Tp - frekvenca ponavljanja impulza; QH = Tp / tp — delovni cikel impulza.

Poleg pravokotnih impulzov v elektronski tehniki se pogosto uporabljajo impulzi žaginih, eksponentnih, trapeznih in drugih oblik.

Digitalni način delovanja — informacija se prenaša v obliki številke, ki ustreza določenemu nizu impulzov (digitalna koda), bistvena pa je le prisotnost ali odsotnost impulza.

Digitalne naprave najpogosteje delujejo samo z dvema vrednostma signala - nič «0» (običajno nizka napetost ali brez impulza) in «1» (običajno visoka raven napetosti ali prisotnost pravokotnega vala), tj. informacije so predstavljene v dvojiškem številskem sistemu.

To je zaradi priročnosti ustvarjanja, obdelave, shranjevanja in prenosa signalov, predstavljenih v binarnem sistemu: stikalo je zaprto — odprto, tranzistor je odprt — zaprt, kondenzator je napolnjen — izpraznjen, magnetni material je magnetiziran — razmagneten, itd.

Digitalne informacije so predstavljene na dva načina:

1) potencial - vrednosti "0" in "1" ustrezata nizki in visoki napetosti.

2) impulz — binarne spremenljivke ustrezajo prisotnosti ali odsotnosti električnih impulzov v določenih trenutkih časa.