อิเล็กทรอนิกส์แบบอะนาล็อกและดิจิตอล

อิเล็กทรอนิกส์แบ่งออกเป็นอะนาล็อกและดิจิทัล โดยอย่างหลังแทนที่อะนาล็อกในเกือบทุกตำแหน่ง

อะนาล็อกอิเล็กทรอนิกส์ศึกษาอุปกรณ์ที่สร้างและประมวลผลสัญญาณอย่างต่อเนื่องเมื่อเวลาผ่านไป

อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์แบบดิจิทัลใช้สัญญาณที่ไม่ต่อเนื่องตามเวลา ซึ่งส่วนใหญ่มักแสดงในรูปแบบดิจิทัล

สัญญาณคืออะไร? สัญญาณคือสิ่งที่นำข้อมูล แสง เสียง อุณหภูมิ ความเร็ว ทั้งหมดนี้เป็นปริมาณทางกายภาพ การเปลี่ยนแปลงมีความหมายบางอย่างสำหรับเรา ไม่ว่าจะเป็นกระบวนการชีวิตหรือกระบวนการทางเทคโนโลยี

บุคคลสามารถรับรู้ปริมาณทางกายภาพจำนวนมากเป็นข้อมูล ในการทำเช่นนี้มีทรานสดิวเซอร์ - อวัยวะรับสัมผัสที่แปลงสัญญาณภายนอกต่าง ๆ ให้เป็นแรงกระตุ้น (ซึ่งโดยวิธีการนั้นมีลักษณะทางไฟฟ้า) ที่เข้าสู่สมอง ในกรณีนี้ สัญญาณทุกประเภท: แสง เสียง และอุณหภูมิจะถูกแปลงเป็นแรงกระตุ้นในลักษณะเดียวกัน

ในระบบอิเล็กทรอนิกส์ การทำงานของอวัยวะรับสัมผัสจะดำเนินการโดยเซ็นเซอร์ (เซ็นเซอร์) ซึ่งจะแปลงปริมาณทางกายภาพทั้งหมดเป็นสัญญาณไฟฟ้าสำหรับแสง — โฟโตเซลล์ สำหรับเสียง — ไมโครโฟน สำหรับอุณหภูมิ — เทอร์มิสเตอร์หรือเทอร์โมคัปเปิล

ทำไมต้องแม่นยำในสัญญาณไฟฟ้า? คำตอบนั้นชัดเจน ปริมาณทางไฟฟ้าเป็นสากลเพราะปริมาณอื่นๆ สามารถแปลงเป็นไฟฟ้าได้และในทางกลับกัน สัญญาณไฟฟ้าจะถูกส่งและประมวลผลได้อย่างสะดวก

หลังจากได้รับข้อมูลแล้ว สมองของมนุษย์จะทำหน้าที่ควบคุมกล้ามเนื้อและกลไกอื่นๆ ตามการประมวลผลข้อมูลนี้ ในทำนองเดียวกัน ในระบบอิเล็กทรอนิกส์ สัญญาณไฟฟ้าจะควบคุมพลังงานไฟฟ้า เครื่องกล ความร้อน และพลังงานประเภทอื่นๆ ผ่านมอเตอร์ไฟฟ้า แม่เหล็กไฟฟ้า แหล่งกำเนิดแสงไฟฟ้า

ดังนั้นข้อสรุป สิ่งที่มนุษย์ทำก่อนหน้านี้ (หรือทำไม่ได้) ทำได้ด้วยระบบอิเล็กทรอนิกส์: ควบคุม จัดการ ควบคุม สื่อสารจากระยะไกล ฯลฯ

วิธีการนำเสนอข้อมูล

เมื่อใช้สัญญาณไฟฟ้าเป็นตัวนำข้อมูล เป็นไปได้สองรูปแบบ:

1) อะนาล็อก — สัญญาณไฟฟ้าคล้ายกับสัญญาณเดิม ณ ช่วงเวลาใดเวลาหนึ่ง เช่น อย่างต่อเนื่องทันเวลา อุณหภูมิ ความดัน ความเร็วเปลี่ยนแปลงตามกฎต่อเนื่อง — เซ็นเซอร์แปลงค่าเหล่านี้เป็นสัญญาณไฟฟ้าที่เปลี่ยนแปลงตามกฎเดียวกัน (คล้ายกัน) ค่าที่แสดงในรูปแบบนี้สามารถใช้ค่าเป็นจำนวนไม่สิ้นสุดภายในช่วงที่กำหนด

2) สัญญาณพัลส์และดิจิตอลแยกกันคือชุดของพัลส์ที่มีการเข้ารหัสข้อมูล ในกรณีนี้ ค่าทั้งหมดไม่ได้ถูกเข้ารหัส แต่จะสุ่มตัวอย่างสัญญาณในบางช่วงเวลาเท่านั้น

การทำงานของพัลส์ - การเปิดรับสัญญาณในระยะสั้นสลับกับการหยุดชั่วคราว

เมื่อเปรียบเทียบกับการทำงานแบบต่อเนื่อง (อนาล็อก) การทำงานของพัลส์มีข้อดีหลายประการ:

— ค่ากำลังขับสูงสำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่มีปริมาณเท่ากันและประสิทธิภาพที่สูงขึ้น

— เพิ่มการป้องกันเสียงรบกวน ความแม่นยำ และความน่าเชื่อถือของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์

— การลดอิทธิพลของอุณหภูมิและการกระจายตัวของพารามิเตอร์อุปกรณ์ เนื่องจากการทำงานจะดำเนินการในสองโหมด: "เปิด" — "ปิด";

— การนำอุปกรณ์พัลส์ไปใช้กับองค์ประกอบประเภทเดียว ดำเนินการได้ง่ายโดยวิธีการของเทคโนโลยีแบบรวม (บนไมโครวงจร)

รูปที่ 1a แสดงวิธีการเข้ารหัสสัญญาณต่อเนื่องด้วยพัลส์สี่เหลี่ยม—กระบวนการมอดูเลต

การปรับแอมพลิจูดของพัลส์ (PAM) — แอมพลิจูดของพัลส์เป็นสัดส่วนกับสัญญาณอินพุต

การปรับความกว้างพัลส์ (PWM) — ความกว้างพัลส์ tpulse เป็นสัดส่วนกับสัญญาณอินพุต แอมพลิจูดและความถี่ของพัลส์จะคงที่

การมอดูเลตความถี่พัลส์ (PFM) — สัญญาณอินพุตกำหนดอัตราการเกิดซ้ำของพัลส์ที่มีระยะเวลาและแอมพลิจูดคงที่

รูปที่ 1 — a) วิธีการเข้ารหัสสัญญาณต่อเนื่องด้วยพัลส์สี่เหลี่ยม b) พารามิเตอร์พื้นฐานของพัลส์สี่เหลี่ยม

พัลส์ที่พบมากที่สุดเป็นรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้า รูปที่ 1b แสดงลำดับเป็นระยะของพัลส์สี่เหลี่ยมและพารามิเตอร์หลัก พัลส์มีลักษณะตามพารามิเตอร์ต่อไปนี้: อืม — แอมพลิจูดของพัลส์; timp คือระยะเวลาของชีพจร tpause - ระยะเวลาของการหยุดชั่วคราวระหว่างพัลส์; Tp = tp + tp — ช่วงเวลาการเกิดซ้ำของชีพจร f = 1 / Tp — ความถี่การเต้นซ้ำของชีพจร; QH = Tp / tp — รอบการทำงานของพัลส์

นอกจากพัลส์สี่เหลี่ยมในวิศวกรรมอิเล็กทรอนิกส์แล้ว พัลส์ของฟันเลื่อย เอกซ์โปเนนเชียล รูปทรงสี่เหลี่ยมคางหมูและรูปทรงอื่นๆ ยังถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลาย

โหมดการทำงานแบบดิจิทัล — ข้อมูลจะถูกส่งในรูปแบบของตัวเลขที่สอดคล้องกับชุดของพัลส์ (รหัสดิจิทัล) และจำเป็นต้องมีหรือไม่มีพัลส์เท่านั้น

อุปกรณ์ดิจิตอลส่วนใหญ่มักทำงานกับค่าสัญญาณเพียงสองค่า - ศูนย์ «0» (โดยปกติจะเป็นแรงดันต่ำหรือไม่มีพัลส์) และ «1» (โดยปกติจะเป็นระดับไฟฟ้าแรงสูงหรือมีคลื่นสี่เหลี่ยม) เช่น ข้อมูลจะแสดงในระบบเลขฐานสอง

นี่เป็นเพราะความสะดวกในการสร้าง ประมวลผล จัดเก็บ และส่งสัญญาณที่แสดงในระบบเลขฐานสอง: สวิตช์ปิด — เปิด ทรานซิสเตอร์เปิด — ปิด ตัวเก็บประจุถูกชาร์จ — คายประจุ วัสดุแม่เหล็กถูกทำให้เป็นแม่เหล็ก — ล้างอำนาจแม่เหล็ก เป็นต้น .

ข้อมูลดิจิทัลแสดงได้สองวิธี:

1) ศักยภาพ — ค่า «0» และ «1» สอดคล้องกับแรงดันต่ำและสูง

2) แรงกระตุ้น — ตัวแปรไบนารีสอดคล้องกับการมีหรือไม่มีแรงกระตุ้นไฟฟ้า ณ ช่วงเวลาหนึ่ง