Analógové, diskrétne a digitálne signály

Akákoľvek fyzikálna veličina podľa povahy zmeny jej hodnoty môže byť konštantná (ak má iba jednu pevnú hodnotu), diskrétna (ak môže mať dve alebo viac pevných hodnôt) alebo analógová (ak môže mať nekonečný počet hodnôt). Všetky tieto množstvá je možné digitalizovať.

Analógové signály

Analógový signál je signál, ktorý môže byť reprezentovaný súvislou čiarou množiny hodnôt definovaných v každom časovom bode vzhľadom na časovú os. Hodnoty analógového signálu sú ľubovoľné v akomkoľvek časovom okamihu, takže môže byť vo všeobecnosti reprezentovaný ako druh spojitej funkcie (v závislosti od času ako premennej) alebo ako po častiach spojitá funkcia času.

Analógovým signálom možno nazvať napríklad zvukový signál generovaný cievkou elektromagnetického mikrofónu alebo elektrónkového akustického zosilňovača, pretože takýto signál je spojitý a jeho hodnoty (napätie alebo prúd) sa navzájom veľmi líšia. v každom okamihu.

Obrázok nižšie ukazuje príklad tohto typu analógového signálu.

Analógové hodnoty môžu mať v rámci určitých limitov nekonečnú škálu hodnôt. Sú kontinuálne a ich hodnoty sa nemôžu meniť v skokoch.

Príklad analógového signálu: termočlánok prenáša analógovú hodnotu teploty do programovateľného logického ovládača, ktorý riadi teplotu v elektrickej rúre s polovodičovým relé.

Diskrétne signály

Ak signál nadobúda náhodné hodnoty iba v určitých časových okamihoch, potom sa takýto signál nazýva diskrétny. Najčastejšie sa v praxi používajú diskrétne signály distribuované cez jednotnú časovú mriežku, ktorej krok sa nazýva vzorkovací interval.

Diskrétny signál nadobúda určité nenulové hodnoty iba v momentoch vzorkovania, to znamená, že na rozdiel od analógového signálu nie je spojitý. Ak sú zo zvukového signálu v pravidelných intervaloch vyrezané malé časti určitej veľkosti, takýto signál možno nazvať diskrétnym.

Nižšie je uvedený príklad generovania takéhoto diskrétneho signálu s intervalom vzorkovania T. Upozorňujeme, že sa meria iba interval vzorkovania, nie samotné hodnoty signálu.

Diskrétne signály majú dve alebo viac pevných hodnôt (počet ich hodnôt je vždy vyjadrený ako celé čísla).

Príklad jednoduchého diskrétneho signálu pre dve hodnoty: aktivácia koncového spínača (prepnutie kontaktov spínača v určitej polohe mechanizmu). Signál z koncového spínača je možné prijímať len v dvoch verziách — kontakt je otvorený (žiadna činnosť, žiadne napätie) a kontakt je zopnutý (je činnosť, existuje napätie).

Digitálne signály

Keď diskrétny signál nadobudne iba určité pevné hodnoty (ktoré môžu byť umiestnené na mriežke s určitým rozstupom), takže ich možno reprezentovať ako sériu kvantových veličín, takýto diskrétny signál sa nazýva digitálny. To znamená, že digitálny signál je diskrétny signál, ktorý je kvantovaný nielen časovými intervalmi, ale aj úrovňou.

V praxi sa diskrétne a digitálne signály identifikujú v množstve problémov a dajú sa ľahko určiť ako vzorky pomocou výpočtového zariadenia.

Obrázok ukazuje príklad vytvorenia digitálneho signálu založeného na analógovom. Upozorňujeme, že hodnoty digitálneho signálu nemôžu nadobúdať stredné hodnoty, iba špecifické – celočíselný počet krokov vo vertikálnej mriežke.

Digitálny signál sa jednoducho zaznamenáva a prepisuje do pamäte výpočtových zariadení, jednoducho sa číta a kopíruje bez straty presnosti, pričom prepis analógového signálu je vždy spojený so stratou nejakej, aj keď nepodstatnej časti informácie.

Digitálne spracovanie signálu umožňuje získať zariadenia s veľmi vysokým výkonom vďaka vykonávaniu výpočtových operácií absolútne bez straty kvality alebo so zanedbateľnou stratou.

Kvôli týmto výhodám sú to práve digitálne signály, ktoré sú dnes všadeprítomné v systémoch na ukladanie a spracovanie dát. Všetky moderné pamäte sú digitálne. Analógové pamäťové médiá (ako sú kazety atď.) sú dávno preč.

Analógové a digitálne prístroje na meranie napätia:

Ale aj digitálne signály majú svoje nevýhody.Nemôžu byť prenášané priamo tak, ako sú, pretože prenos sa zvyčajne uskutočňuje prostredníctvom nepretržitých elektromagnetických vĺn. Preto pri vysielaní a prijímaní digitálnych signálov je potrebné uchýliť sa k na dodatočnú moduláciu a analógovo-digitálna konverzia... Ich ďalšou nevýhodou je menší dynamický rozsah digitálnych signálov (pomer najväčšej hodnoty k najmenšej hodnote), v dôsledku kvantovania hodnôt po sieti.

Existujú aj oblasti, kde sú analógové signály nevyhnutné. Napríklad analógový zvuk sa nikdy nebude porovnávať s digitálnym, takže elektrónkové zosilňovače a nahrávky ešte nevyšli z módy, napriek množstvu digitálnych zvukových záznamových formátov s najvyššími vzorkovacími frekvenciami.