Analoginė ir skaitmeninė elektronika

Elektronika skirstoma į analoginę ir skaitmeninę, pastaroji beveik visose padėtyse pakeičia analoginę.

Analoginė elektronika tiria įrenginius, kurie laikui bėgant nuolat generuoja ir apdoroja signalus.

Skaitmeninė elektronika naudoja laiko diskrečius signalus, dažniausiai išreikštus skaitmenine forma.

Kas yra signalas? Signalas yra kažkas, kas neša informaciją. Šviesa, garsas, temperatūra, greitis – visa tai yra fizikiniai dydžiai, kurių kaita mums turi tam tikrą reikšmę: arba kaip gyvybės, arba kaip technologinį procesą.

Žmogus daug fizinių dydžių geba suvokti kaip informaciją. Tam jis turi keitiklius – jutimo organus, kurie įvairius išorinius signalus paverčia impulsais (kurie, beje, yra elektrinio pobūdžio), patenkančiais į smegenis. Tokiu atveju visų tipų signalai: šviesa, garsas ir temperatūra paverčiami to paties pobūdžio impulsais.

Elektroninėse sistemose jutimo organų funkcijas atlieka jutikliai (jutikliai), kurie visus fizikinius dydžius paverčia elektros signalais.Šviesai – fotoelementai, garsui – mikrofonai, temperatūrai – termistorius arba termopora.

Kodėl būtent elektriniuose signaluose? Atsakymas akivaizdus, ​​elektriniai dydžiai yra universalūs, nes bet kokie kiti dydžiai gali būti konvertuojami į elektrinius ir atvirkščiai; patogiai perduodami ir apdorojami elektriniai signalai.

Gavusios informaciją, žmogaus smegenys, remdamosi šios informacijos apdorojimu, duoda valdymo veiksmus raumenims ir kitiems mechanizmams. Panašiai elektroninėse sistemose elektriniai signalai valdo elektros, mechaninę, šiluminę ir kitokią energiją per elektros variklius, elektromagnetus, elektros šviesos šaltinius.

Taigi, išvada. Tai, ką žmogus anksčiau darė (ar negalėjo), daro elektroninės sistemos: jos valdo, valdo, reguliuoja, bendrauja nuotoliniu būdu ir kt.

Informacijos pateikimo būdai

Naudojant elektrinius signalus kaip duomenų laikmeną, galimos dvi formos:

1) analoginis — elektrinis signalas yra panašus į pradinį bet kuriuo laiko momentu, t.y. nuolat laike. Temperatūros, slėgio, greičio kitimas pagal nuolatinį dėsnį – jutikliai paverčia šias reikšmes į elektrinį signalą, kuris keičiasi pagal tą patį dėsnį (panašus). Šioje formoje pateiktos reikšmės gali turėti begalinį skaičių verčių nurodytame diapazone.

2) atskiras — impulsinis ir skaitmeninis — signalas yra impulsų, kuriuose užkoduota informacija, seka. Šiuo atveju užkoduojamos ne visos reikšmės, o tik tam tikrais laiko momentais – signalo atranka.

Impulsinis veikimas – trumpalaikis signalo išlaikymas kaitaliojasi su pauze.

Lyginant su nuolatiniu (analoginiu) veikimu, impulsinis veikimas turi keletą privalumų:

- didelės išėjimo galios vertės tam pačiam elektroninio prietaiso tūriui ir didesniam efektyvumui;

— padidinti atsparumą triukšmui, elektroninių prietaisų tikslumą ir patikimumą;

- temperatūrų įtakos ir prietaiso parametrų sklaidos sumažinimas, nes darbas atliekamas dviem režimais: "įjungta" - "išjungta";

— impulsinių įtaisų diegimas vieno tipo elementuose, lengvai įgyvendinamas integruotos technologijos metodu (ant mikroschemų).

1a paveiksle pavaizduoti nenutrūkstamo signalo kodavimo stačiakampiais impulsais metodai – moduliavimo procesas.

Impulsų amplitudės moduliacija (PAM) – impulsų amplitudė yra proporcinga įvesties signalui.

Impulso pločio moduliavimas (PWM) — impulso plotis tpulse yra proporcingas įvesties signalui, impulsų amplitudė ir dažnis yra pastovūs.

Impulsų dažnio moduliacija (PFM) – įvesties signalas nustato pastovios trukmės ir amplitudės impulsų pasikartojimo dažnį.

1 pav. a) Nepertraukiamo signalo kodavimo stačiakampiais impulsais metodai, b) Pagrindiniai stačiakampių impulsų parametrai

Dažniausiai impulsai yra stačiakampiai. 1b paveiksle parodyta periodinė stačiakampių impulsų seka ir pagrindiniai jų parametrai. Impulsai apibūdinami šiais parametrais: Um — impulso amplitudė; timp yra impulso trukmė; tpause — pauzės tarp impulsų trukmė; Tp = tp + tp — pulso pasikartojimo periodas; f = 1 / Tp — impulsų pasikartojimo dažnis; QH = Tp / tp – impulsinis darbo ciklas.

Kartu su stačiakampiais impulsais elektronikos inžinerijoje plačiai naudojami pjūklinių, eksponentinių, trapecijos ir kitų formų impulsai.

Skaitmeninis veikimo režimas – informacija perduodama skaičiumi, atitinkančiu tam tikrą impulsų rinkinį (skaitmeninį kodą), ir tik impulso buvimas ar nebuvimas yra esminis.

Skaitmeniniai įrenginiai dažniausiai veikia tik su dviem signalo reikšmėmis - nuliu «0» (dažniausiai žema įtampa arba be impulso) ir «1» (dažniausiai aukštos įtampos lygis arba kvadratinės bangos buvimas), t. informacija pateikiama dvejetaine skaičių sistema.

Taip yra dėl patogumo kurti, apdoroti, saugoti ir perduoti dvejetainėje sistemoje vaizduojamus signalus: jungiklis uždarytas – atidarytas, tranzistorius atidarytas – uždarytas, kondensatorius įkraunamas – išsikrauna, magnetinė medžiaga įmagnetinama – išmagnetinama, ir tt .

Skaitmeninė informacija pateikiama dviem būdais:

1) potencialas - reikšmės «0» ir «1» atitinka žemą ir aukštą įtampą.

2) impulsas — dvejetainiai kintamieji atitinka elektrinių impulsų buvimą ar nebuvimą tam tikrais laiko momentais.