Điện tử tương tự và kỹ thuật số

Điện tử được chia thành analog và kỹ thuật số, với cái sau thay thế analog ở hầu hết các vị trí.

Điện tử tương tự nghiên cứu các thiết bị tạo và xử lý tín hiệu liên tục theo thời gian.

Điện tử kỹ thuật số sử dụng các tín hiệu rời rạc theo thời gian, thường được biểu thị ở dạng kỹ thuật số.

Tín hiệu là gì? Một tín hiệu là một cái gì đó mang thông tin. Ánh sáng, âm thanh, nhiệt độ, tốc độ - tất cả đều là những đại lượng vật lý, sự thay đổi của chúng có ý nghĩa nhất định đối với chúng ta: hoặc là quá trình sống hoặc là quá trình công nghệ.

Một người có khả năng nhận biết nhiều đại lượng vật lý dưới dạng thông tin. Để làm điều này, nó có các bộ chuyển đổi - các cơ quan cảm giác chuyển đổi các tín hiệu bên ngoài khác nhau thành các xung (nhân tiện, có bản chất điện) đi vào não. Trong trường hợp này, tất cả các loại tín hiệu: ánh sáng, âm thanh và nhiệt độ được chuyển đổi thành các xung có cùng bản chất.

Trong các hệ thống điện tử, các chức năng của các cơ quan cảm giác được thực hiện bởi các cảm biến (cảm biến), giúp chuyển đổi tất cả các đại lượng vật lý thành tín hiệu điện.Đối với ánh sáng - tế bào quang điện, đối với âm thanh - micrô, đối với nhiệt độ - nhiệt điện trở hoặc cặp nhiệt điện.

Tại sao chính xác trong tín hiệu điện? Câu trả lời là hiển nhiên, các đại lượng điện là phổ quát vì bất kỳ đại lượng nào khác đều có thể chuyển đổi thành điện và ngược lại; tín hiệu điện được truyền và xử lý thuận tiện.

Sau khi nhận được thông tin, bộ não con người, dựa trên quá trình xử lý thông tin này, sẽ đưa ra các hành động điều khiển cơ bắp và các cơ chế khác. Tương tự, trong các hệ thống điện tử, các tín hiệu điện điều khiển các dạng năng lượng điện, cơ, nhiệt và các loại năng lượng khác thông qua động cơ điện, nam châm điện, nguồn sáng điện.

Vì vậy, kết luận. Những gì con người trước đây đã làm (hoặc không thể) được thực hiện bởi các hệ thống điện tử: chúng điều khiển, quản lý, điều chỉnh, giao tiếp từ xa, v.v.

Các cách trình bày thông tin

Khi sử dụng tín hiệu điện làm vật mang dữ liệu, có thể có hai dạng:

1) tương tự - tín hiệu điện tương tự như tín hiệu ban đầu tại bất kỳ thời điểm nào, tức là liên tục trong thời gian. Nhiệt độ, áp suất, tốc độ thay đổi theo quy luật liên tục—các cảm biến chuyển đổi các giá trị này thành tín hiệu điện thay đổi theo quy luật tương tự (tương tự). Các giá trị được biểu diễn ở dạng này có thể nhận vô số giá trị trong một phạm vi xác định.

2) một tín hiệu — xung và kỹ thuật số — riêng biệt là một chuỗi các xung trong đó thông tin được mã hóa. Trong trường hợp này, không phải tất cả các giá trị đều được mã hóa mà chỉ tại những thời điểm nhất định — lấy mẫu tín hiệu.

Hoạt động xung - tiếp xúc ngắn hạn của tín hiệu xen kẽ với tạm dừng.

So với hoạt động liên tục (tương tự), hoạt động xung có một số ưu điểm:

— giá trị công suất đầu ra lớn cho cùng một khối lượng thiết bị điện tử và hiệu suất cao hơn;

— tăng khả năng chống nhiễu, độ chính xác và độ tin cậy của các thiết bị điện tử;

- giảm ảnh hưởng của nhiệt độ và sự phân tán của các thông số thiết bị, vì công việc được thực hiện ở hai chế độ: "bật" - "tắt";

- triển khai các thiết bị xung trên các phần tử loại đơn, dễ dàng thực hiện bằng phương pháp công nghệ tích phân (trên vi mạch).

Hình 1a cho thấy các phương pháp mã hóa tín hiệu liên tục bằng các xung chữ nhật—quá trình điều chế.

Điều chế biên độ xung (PAM) — biên độ của các xung tỷ lệ với tín hiệu đầu vào.

Điều chế độ rộng xung (PWM) — tpulse độ rộng xung tỷ lệ với tín hiệu đầu vào, biên độ và tần số của các xung là không đổi.

Điều chế tần số xung (PFM) — tín hiệu đầu vào xác định tốc độ lặp lại của các xung có thời lượng và biên độ không đổi.

Hình 1 — a) Các phương pháp mã hóa tín hiệu liên tục bằng các xung hình chữ nhật, b) Các tham số cơ bản của các xung hình chữ nhật

Các xung phổ biến nhất là hình chữ nhật. Hình 1b cho thấy một chuỗi các xung hình chữ nhật tuần hoàn và các tham số chính của chúng. Các xung được đặc trưng bởi các tham số sau: Um — biên độ xung; timp là thời lượng xung; tpause — khoảng thời gian tạm dừng giữa các xung; Tp = tp + tp — chu kỳ lặp xung; f = 1/Tp—tần số lặp xung; QH = Tp / tp — chu kỳ nhiệm vụ xung.

Cùng với các xung hình chữ nhật trong kỹ thuật điện tử, các xung răng cưa, hàm mũ, hình thang và các dạng khác được sử dụng rộng rãi.

Chế độ hoạt động kỹ thuật số — thông tin được truyền dưới dạng một số tương ứng với một bộ xung nhất định (mã kỹ thuật số) và chỉ cần có hoặc không có xung.

Các thiết bị kỹ thuật số thường chỉ hoạt động với hai giá trị tín hiệu - 0 «0» (thường là điện áp thấp hoặc không có xung) và «1» (thường là mức điện áp cao hoặc sự hiện diện của sóng vuông), tức là. thông tin được trình bày trong một hệ thống số nhị phân.

Điều này là do sự tiện lợi của việc tạo, xử lý, lưu trữ và truyền tín hiệu được biểu thị trong hệ thống nhị phân: công tắc đóng - mở, bóng bán dẫn mở - đóng, tụ điện được sạc - phóng điện, vật liệu từ tính được từ hóa - khử từ, v.v. .

Thông tin số được thể hiện theo hai cách:

1) tiềm năng — các giá trị «0» và «1» tương ứng với điện áp thấp và cao.

2) xung - các biến nhị phân tương ứng với sự hiện diện hay vắng mặt của các xung điện tại những thời điểm nhất định.