Analógová a digitálna elektronika
Elektronika sa delí na analógovú a digitálnu, pričom tá nahrádza analógovú takmer vo všetkých polohách.
Analógová elektronika študuje zariadenia, ktoré generujú a spracovávajú signály nepretržite v priebehu času.
Digitálna elektronika využíva časovo diskrétne signály, najčastejšie vyjadrené v digitálnej forme.
čo je signál? Signál je niečo, čo prenáša informáciu. Svetlo, zvuk, teplota, rýchlosť — to všetko sú fyzikálne veličiny, ktorých zmena má pre nás určitý význam: či už ako životný proces, alebo ako technologický proces.
Človek je schopný vnímať mnohé fyzikálne veličiny ako informáciu. Na to má prevodníky – zmyslové orgány, ktoré premieňajú rôzne vonkajšie signály na impulzy (mimochodom, elektrického charakteru), ktoré vstupujú do mozgu. V tomto prípade sa všetky typy signálov: svetlo, zvuk a teplota premenia na impulzy rovnakej povahy.
V elektronických systémoch funkcie zmyslových orgánov vykonávajú senzory (senzory), ktoré premieňajú všetky fyzikálne veličiny na elektrické signály.Pre svetlo — fotobunky, pre zvuk — mikrofóny, pre teplotu — termistor alebo termočlánok.
Prečo práve v elektrických signáloch? Odpoveď je zrejmá, elektrické veličiny sú univerzálne, pretože akékoľvek iné veličiny možno previesť na elektrické a naopak; elektrické signály sa pohodlne prenášajú a spracúvajú.
Po prijatí informácií dáva ľudský mozog na základe spracovania týchto informácií riadiace činnosti svalom a iným mechanizmom. Podobne v elektronických systémoch elektrické signály riadia elektrickú, mechanickú, tepelnú a iné druhy energie prostredníctvom elektromotorov, elektromagnetov, elektrických svetelných zdrojov.
Takže záver. To, čo človek predtým robil (alebo nemohol), robia elektronické systémy: kontrolujú, riadia, regulujú, komunikujú na diaľku atď.
Spôsoby prezentácie informácií
Pri použití elektrických signálov ako dátového nosiča sú možné dve formy:
1) analógový — elektrický signál je v každom okamihu podobný pôvodnému, t.j. priebežne v čase. Zmena teploty, tlaku, rýchlosti podľa spojitého zákona — snímače premieňajú tieto hodnoty na elektrický signál, ktorý sa mení podľa rovnakého zákona (podobného). Hodnoty reprezentované v tejto forme môžu mať nekonečný počet hodnôt v rámci špecifikovaného rozsahu.
2) samostatný – pulzný a digitálny – signál je séria pulzov, v ktorých je zakódovaná informácia. V tomto prípade nie sú zakódované všetky hodnoty, ale iba v určitých časových okamihoch - vzorkovanie signálu.
Impulzná prevádzka - krátkodobé vystavenie signálu sa strieda s pauzou.
V porovnaní s nepretržitou (analógovou) prevádzkou má pulzná prevádzka niekoľko výhod:
— veľké hodnoty výstupného výkonu pre rovnaký objem elektronického zariadenia a vyššiu účinnosť;
— zvýšenie odolnosti proti rušeniu, presnosti a spoľahlivosti elektronických zariadení;
— zníženie vplyvu teplôt a rozptylu parametrov zariadenia, keďže práca sa vykonáva v dvoch režimoch: „zapnuté“ — „vypnuté“;
— implementácia impulzných zariadení na jednodruhových prvkoch, ľahko implementovateľných metódou integrálnej technológie (na mikroobvodoch).
Obrázok 1a znázorňuje spôsoby kódovania spojitého signálu s pravouhlými impulzmi – proces modulácie.
Modulácia amplitúdy impulzov (PAM) — amplitúda impulzov je úmerná vstupnému signálu.
Modulácia šírky impulzu (PWM) — šírka impulzu tpulse je úmerná vstupnému signálu, amplitúda a frekvencia impulzov sú konštantné.
Pulse-Frequency Modulation (PFM) – vstupný signál určuje frekvenciu opakovania impulzov, ktoré majú konštantné trvanie a amplitúdu.
Obrázok 1 — a) Spôsoby kódovania spojitého signálu s pravouhlými impulzmi, b) Základné parametre pravouhlých impulzov
Najbežnejšie impulzy sú pravouhlé. Obrázok 1b znázorňuje periodickú sekvenciu pravouhlých impulzov a ich hlavné parametre. Impulzy sú charakterizované nasledujúcimi parametrami: Um — amplitúda impulzu; tim je trvanie pulzu; tpause — trvanie prestávky medzi pulzmi; Tp = tp + tp — perióda opakovania pulzu; f = 1 / Tp — frekvencia opakovania impulzov; QH = Tp / tp — pulzný pracovný cyklus.
Spolu s pravouhlými impulzmi v elektronickom inžinierstve sú široko používané impulzy pílových, exponenciálnych, lichobežníkových a iných tvarov.
Digitálny režim prevádzky — informácia sa prenáša vo forme čísla, ktoré zodpovedá určitej sade impulzov (digitálny kód), pričom podstatná je iba prítomnosť alebo neprítomnosť impulzu.
Digitálne zariadenia najčastejšie pracujú iba s dvoma hodnotami signálu - nula «0» (zvyčajne nízke napätie alebo žiadny impulz) a «1» (zvyčajne vysoká úroveň napätia alebo prítomnosť štvorcovej vlny), t.j. informácie sú prezentované v binárnom číselnom systéme.
Je to kvôli pohodlnosti vytvárania, spracovania, ukladania a prenosu signálov reprezentovaných v binárnom systéme: spínač je zatvorený — otvorený, tranzistor je otvorený — zatvorený, kondenzátor je nabitý — vybitý, magnetický materiál je zmagnetizovaný — demagnetizovaný, atď.
Digitálne informácie sú reprezentované dvoma spôsobmi:
1) potenciál — hodnoty «0» a «1» zodpovedajú nízkemu a vysokému napätiu.
2) impulz — binárne premenné zodpovedajú prítomnosti alebo neprítomnosti elektrických impulzov v určitých časových okamihoch.