Tín hiệu tương tự, rời rạc và kỹ thuật số

Bất kỳ đại lượng vật lý nào về bản chất thay đổi giá trị của nó có thể là hằng số (nếu nó chỉ có một giá trị cố định), rời rạc (nếu nó có thể có hai hoặc nhiều giá trị cố định) hoặc tương tự (nếu nó có thể có vô số giá trị). Tất cả những đại lượng này có thể được số hóa.

Tín hiệu tương tự

Tín hiệu tương tự là tín hiệu có thể được biểu diễn bằng một đường liên tục của một tập hợp các giá trị được xác định tại mỗi thời điểm so với trục thời gian. Các giá trị của tín hiệu tương tự là tùy ý tại bất kỳ thời điểm nào, do đó, nó thường có thể được biểu diễn dưới dạng một loại hàm liên tục (phụ thuộc vào thời gian dưới dạng biến) hoặc dưới dạng hàm liên tục từng phần của thời gian.

Ví dụ, tín hiệu tương tự có thể được gọi là tín hiệu âm thanh được tạo bởi cuộn dây của micrô điện từ hoặc bộ khuếch đại âm thanh dạng ống, vì tín hiệu đó liên tục và các giá trị của nó (điện áp hoặc dòng điện) rất khác nhau ở bất kỳ thời điểm nào trong thời gian.

Hình dưới đây cho thấy một ví dụ về loại tín hiệu tương tự này.

Các giá trị tương tự có thể có vô số giá trị trong các giới hạn nhất định. Chúng liên tục và giá trị của chúng không thể thay đổi nhảy vọt.

Một ví dụ về tín hiệu tương tự: cặp nhiệt điện truyền giá trị nhiệt độ tương tự đến bộ điều khiển logic khả trình, điều khiển nhiệt độ trong lò nướng điện bằng rơle trạng thái rắn.

tín hiệu rời rạc

Nếu một tín hiệu chỉ giả định các giá trị ngẫu nhiên tại các thời điểm nhất định, thì tín hiệu đó được gọi là rời rạc. Thông thường, trong thực tế, các tín hiệu rời rạc được phân phối trên một lưới thời gian thống nhất được sử dụng, bước này được gọi là khoảng thời gian lấy mẫu.

Một tín hiệu rời rạc chỉ giả định một số giá trị khác không tại các thời điểm lấy mẫu, nghĩa là nó không liên tục, không giống như tín hiệu tương tự. Nếu các phần nhỏ có kích thước nhất định bị cắt ra khỏi tín hiệu âm thanh theo các khoảng thời gian đều đặn, thì tín hiệu đó có thể được gọi là rời rạc.

Dưới đây là một ví dụ về việc tạo tín hiệu rời rạc như vậy với khoảng thời gian lấy mẫu T. Lưu ý rằng chỉ khoảng thời gian lấy mẫu được đo chứ không phải bản thân các giá trị tín hiệu.

Tín hiệu rời rạc có hai hoặc nhiều giá trị cố định (số lượng giá trị của chúng luôn được biểu diễn dưới dạng số nguyên).

Một ví dụ về tín hiệu rời rạc đơn giản cho hai giá trị: kích hoạt công tắc giới hạn (chuyển đổi các tiếp điểm của công tắc ở một vị trí nhất định của cơ chế). Tín hiệu từ công tắc giới hạn chỉ có thể được nhận trong hai phiên bản — tiếp điểm mở (không hoạt động, không có điện áp) và tiếp điểm đóng (có hoạt động, có điện áp).

tín hiệu số

Khi tín hiệu rời rạc chỉ nhận một số giá trị cố định (có thể nằm trên lưới có cao độ nhất định) để có thể biểu diễn chúng dưới dạng một chuỗi lượng tử, thì tín hiệu rời rạc như vậy được gọi là tín hiệu số. Nghĩa là, tín hiệu số là một tín hiệu rời rạc được lượng tử hóa không chỉ theo các khoảng thời gian mà còn theo mức độ.

Trong thực tế, tín hiệu số và tín hiệu rời rạc được xác định trong một số bài toán và có thể dễ dàng xác định dưới dạng mẫu bằng thiết bị máy tính.

Hình này cho thấy một ví dụ về việc hình thành tín hiệu kỹ thuật số dựa trên tín hiệu tương tự. Xin lưu ý rằng các giá trị tín hiệu kỹ thuật số không thể lấy giá trị trung gian, chỉ cụ thể — số nguyên của các bước trong lưới dọc.

Một tín hiệu kỹ thuật số dễ dàng được ghi và viết lại trong bộ nhớ của các thiết bị máy tính, nó chỉ được đọc và sao chép mà không làm giảm độ chính xác, trong khi việc viết lại tín hiệu tương tự luôn liên quan đến việc mất một số thông tin, mặc dù không đáng kể.

Xử lý tín hiệu số cho phép thu được các thiết bị có hiệu suất rất cao do thực hiện các hoạt động tính toán mà hoàn toàn không giảm chất lượng hoặc tổn thất không đáng kể.

Vì những ưu điểm này, tín hiệu số ngày nay phổ biến trong các hệ thống lưu trữ và xử lý dữ liệu. Tất cả bộ nhớ hiện đại là kỹ thuật số. Phương tiện lưu trữ tương tự (chẳng hạn như băng cassette, v.v.) đã biến mất từ ​​​​lâu.

Dụng cụ đo điện áp analog và kỹ thuật số:

Nhưng ngay cả tín hiệu kỹ thuật số cũng có nhược điểm của chúng.Chúng không thể được truyền trực tiếp như hiện tại, bởi vì việc truyền thường được thực hiện thông qua sóng điện từ liên tục. Vì vậy, khi truyền và nhận tín hiệu số, cần phải dùng đến để điều chế bổ sung Và chuyển đổi tương tự sang số... Dải động nhỏ hơn của tín hiệu số (tỷ lệ giữa giá trị lớn nhất và giá trị nhỏ nhất), do lượng tử hóa các giá trị dọc theo mạng, là một nhược điểm khác của chúng.

Cũng có những lĩnh vực không thể thiếu tín hiệu analog. Ví dụ: âm thanh analog sẽ không bao giờ được so sánh với âm thanh kỹ thuật số, do đó, bộ khuếch đại ống và bản ghi vẫn chưa lỗi thời, mặc dù có rất nhiều định dạng ghi âm kỹ thuật số với tốc độ lấy mẫu cao nhất.