سیگنال های آنالوگ و دیجیتال چیست
در قلمرو گسترده مهندسی برق ، یک مؤلفه مهم در درک و استفاده از سیگنال ها نهفته است.این سیگنال ها ، در همه چیز اساسی ، از آموزش الکترونیک ابتدایی گرفته تا پیچیدگی های معماری مدار ، بستر درک و کاربرد هستند.این مقاله عمیقاً به ماهیت چند جانبه سیگنال ها در مهندسی برق ، به ویژه با تمرکز بر تمایزهای واضح بین اشکال آنالوگ و دیجیتال ، می پردازد.ما با تعاریف اساسی و انواع سیگنال ها شروع می کنیم و پیشرفت می کنیم تا برنامه های متنوع و اثرات متعاقب آن را در طرح های متنوع مدار کشف کنیم.به تدریج ، این اکتشاف از پیچیدگی لایه بندی شده باز می شود و نقش محوری آنها را در مهندسی برق معاصر تأکید می کند.
سیگنال ها ، در حوزه مهندسی الکترونیکی ، به عنوان مجرای مهم برای نمایندگی و انتقال اطلاعات ظاهر می شوند.آنها مقادیر فیزیکی متغیر متغیر ، مانند ولتاژ یا جریان ، قادر به انتقال مجموعه ای از اطلاعات هستند.این شامل اما محدود به خواندن دمای محیط ، داده های صوتی و تصویری و انتقال بیت های داده بین میکروکنترلر (MCU) و یک مدار یکپارچه Gate Logic استاندارد (IC) نیست.ماهیت چندگانه سیگنال ها به شکل خود آشکار می شود: آنها ممکن است به عنوان یک سیگنال آنالوگ در حال تحول در حال تحول باشند یا وضعیت گسسته یک سیگنال دیجیتال را فرض کنند.سیگنال های آنالوگ با توانایی آنها در فرض مقادیر بیشمار در یک محدوده ولتاژ خاص متمایز می شوند ، و تداوم آنها در ضبط کمترین تغییر در مقادیر فیزیکی ماهر است.سیگنال های دیجیتال ، در تضاد واضح ، فقط به دو حالت محدود می شوند: بالا و پایین.
در دنیای پیچیده تنوع سیگنال ، تشخیص اینکه سیگنال های دیجیتال به ندرت به حالتهای ایده آل 0V یا 5 ولت می رسند ، بسیار مهم است.این ناشی از ماهیت ذاتی دستگاههای الکترونیکی دیجیتال ، مانند IC های منطق است که در مناطق آستانه خاصی کار می کنند تا وضعیت سیگنال را بالا یا پایین تشخیص دهند.به عنوان مثال ، دستگاههای خاصی را در نظر بگیرید که سیگنال های زیر 1.35 ولت پایین تلقی می شوند و آنهایی که بالاتر از 3.15 ولت هستند ، زیاد هستند.ساندویچ بین این آستانه ها یک منطقه خاکستری قرار دارد.در این منطقه مبهم ، پاسخ دستگاه موج می زند ، که به طور بالقوه خطاهای منطقی را تحریک می کند.این هدف تنظیمات ظریف؟برای کاهش قرائت های دروغین ناشی از نوسان یا نوسانات ولتاژ جزئی.برنامه های عملی خواستار این هستند که طراحان این آستانه ها را مورد توجه قرار دهند و اطمینان حاصل کنند که سیگنال ها در منطقه امن تعیین شده باقی می مانند.در مقابل ، سیگنال های آنالوگ از چنین مشخصات سفت و سخت جلوگیری می کنند.دامنه آنها طیف مداوم دارد ، از 0 ولت تا 5 ولت می گویند.حتی تغییر ولتاژ Minutest - تغییر یک تغییر از 0.00001V به 4.9999V - ممکن است محوری باشد.چنین استمرار سیگنال های آنالوگ را برای برنامه های کاربردی که خواستار پاسخ های بسیار دقیق به نوسانات ظریف هستند ، مانند تقویت صوتی یا مدولاسیون سیگنال ، ایده آل می کند.
تفاوت بین سیگنال های آنالوگ و سیگنال های دیجیتال
غواصی به قلمرو آموزش مهندسی برق ، تازه کار اغلب با مدارهای صرفاً دیجیتال روبرو می شوند.با این حال ، یادگیری بنیادی به طور معمول با مدارهای آنالوگ آغاز می شود.این مدارها مجموع اجزای ابتدایی - مقاومت ها ، خازن ها ، دیودها - و عملکرد آنها ریشه در فناوری آنالوگ دارد.از مدار آنالوگ اساسی ، یک تقسیم کننده ولتاژ استفاده کنید: یک جفت مقاومت صرف تمام آنچه برای تقسیم ولتاژ متناسب با مقاومت آنها لازم است.یا یک مدار نوسان ساز ساده را در نظر بگیرید که شامل یک ترانزیستور و خازن است که یک سیگنال شکل موج مداوم ایجاد می کند.در سناریوهایی که نیاز به پیچیدگی بیشتری دارند ، مانند گیرنده های رادیویی یا مودم ، مدارهای آنالوگ تکامل می یابند.در اینجا ، آنها به سرزمین های پیچیده تری که شامل انتخاب فرکانس ، تقویت سیگنال و فیلتر می شوند ، می پردازند.
مدارهای آنالوگ در مقابله با کارهای خاص می درخشند.با این حال ، طراحی آنها هزارتوی پیچیدگی است و نه تنها تجربه عملی گسترده بلکه یک پایه قوی در دانش نظری نیز خواستار است.این پیچیدگی بیشتر با مدل سازی و محاسبات ریاضی پیچیده پیچیده می شود ، و به قلمروهایی مانند تبدیل فوریه و تئوری طراحی فیلتر می پردازد.در مقابل ، ساخت و عیب یابی مدارهای دیجیتال پیاده روی در پارک است.بسیاری از IC های دیجیتالی برای تکرار توابع مدارهای آنالوگ اما با سهولت بسیار بیشتر ساخته شده اند.به عنوان مثال ، پردازنده های سیگنال دیجیتال (DSPs) را انجام دهید ، به عنوان مثال ، قادر به انجام وظایف پیچیده پردازش سیگنال است که در غیر این صورت نیاز به تنظیمات آنالوگ پیچیده دارد.
هنگامی که صحبت از مقاومت در برابر تداخل می شود ، مدارهای آنالوگ آسیب پذیرتر هستند.اختلالات الکترومغناطیسی و تغییرات دما - می تواند ویران شود و منجر به اعوجاج سیگنال و از بین رفتن عملکرد شود.از طرف دیگر مدارهای دیجیتال در برابر چنین چالش هایی بلند هستند.آنها از سطح بالا و پایین برای نشان دادن اطلاعات استفاده می کنند و به آنها سپر در برابر صداهای جزئی و تداخل می دهند.با این حال ، این استحکام با قیمتی به وجود می آید - مدارهای دیجیتالی اغلب خواستار تولید دقیق و با طرح های منطقی دقیق تر هستند.
بیشتر مدارهای دیجیتال از یک طراحی همزمان استفاده می کنند.آنها برای همگام سازی عملکرد اجزای مختلف به یک سیگنال ساعت یکپارچه متکی هستند و اطمینان حاصل می کنند که سیستم با هماهنگی کار می کند.مدارهای آنالوگ کاملاً متفاوت است.آنها عمدتاً ناهمزمان هستند و قادر به واکنش فوری به تغییرات سیگنال ورودی هستند-یک ویژگی مهم برای مدیریت سیگنال های در حال تغییر.
غواصی عمیق تر به دوگانگی تنوع سیگنال در مهندسی برق ، تفاوت بین سیگنال های آنالوگ و دیجیتال به طرز چشمگیری مشخص می شود.هر نوع سیگنال ، با ویژگی های منحصر به فرد خود ، طاقچه خود را بیرون می کشد.سیگنال های آنالوگ ، با تغییر مداوم و دقت بالا و سیگنال های دیجیتال ، که به دلیل استحکام و سهولت پردازش شناخته می شوند ، هر یک نقش محوری بازی می کنند.درک این سیگنال ها ، ماهیت آنها و عملکرد آنها فقط مهارت سنگ بنای مهندسین برقی نیست.این یک مهار حیاتی در چرخ طراحی و نوآوری است.