Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Аналоговая электроника ( американский английский : аналоговая электроника ) - это электронные системы с непрерывно изменяющимся сигналом, в отличие от цифровой электроники, где сигналы обычно имеют только два уровня . Термин «аналог» описывает пропорциональную зависимость между сигналом и напряжением или током, которые представляют сигнал. Слово аналог происходит от греческого слова αν αλογος (analogos), означающего «пропорциональный». [1]

Аналоговые сигналы [ править ]

Основная статья: Аналоговый сигнал

Аналоговый сигнал использует некоторые атрибуты среды передачи информации о сигнале. Например, барометр-анероид использует угловое положение иглы в качестве сигнала для передачи информации об изменениях атмосферного давления . [2] Электрические сигналы могут представлять информацию, изменяя их напряжение, ток, частоту или общий заряд. Информация преобразуется из некоторой другой физической формы (такой как звук, свет, температура, давление, положение) в электрический сигнал с помощью преобразователя, который преобразует один тип энергии в другой (например, микрофон ). [3]

Сигналы принимают любое значение из заданного диапазона, и каждое уникальное значение сигнала представляет различную информацию. Любое изменение сигнала имеет смысл, и каждый уровень сигнала представляет другой уровень явления, которое он представляет. Например, предположим, что сигнал используется для обозначения температуры, причем один вольт представляет один градус Цельсия. В такой системе 10 вольт будут соответствовать 10 градусам, а 10,1 вольт - 10,1 градусам.

Другой метод передачи аналогового сигнала - использование модуляции . При этом у некоторого сигнала базовой несущей изменяется одно из своих свойств: амплитудная модуляция (AM) включает изменение амплитуды синусоидального сигнала напряжения в зависимости от информации источника, частотная модуляция (FM) изменяет частоту. Также используются другие методы, такие как фазовая модуляция или изменение фазы несущего сигнала. [4]

В аналоговой звукозаписи изменение давления звука, ударяющего в микрофон, создает соответствующее изменение тока, проходящего через него, или напряжения на нем. Увеличение громкости звука вызывает пропорциональное увеличение колебаний тока или напряжения при сохранении той же формы волны или формы.

Механические , пневматические , гидравлические и другие системы также могут использовать аналоговые сигналы.

Собственный шум [ править ]

Аналоговые системы неизменно включают шум, который представляет собой случайные возмущения или отклонения, некоторые из которых вызваны случайными тепловыми колебаниями атомных частиц. Поскольку все вариации аналогового сигнала значительны, любое возмущение эквивалентно изменению исходного сигнала и поэтому выглядит как шум. [5] По мере того, как сигнал копируется и повторно копируется или передается на большие расстояния, эти случайные вариации становятся более значительными и приводят к ухудшению качества сигнала. Другие источники шума могут включать перекрестные помехи от других сигналов или плохо спроектированные компоненты. Эти помехи уменьшаются за счет экранирования и использования малошумящих усилителей (МШУ). [6]

Аналоговая и цифровая электроника [ править ]

Поскольку информация в аналоговой и цифровой электронике кодируется по-разному , то, следовательно, и способ обработки сигнала различается. Все операции, которые могут быть выполнены с аналоговым сигналом, такие как усиление , фильтрация , ограничение и другие, также могут быть дублированы в цифровой области. Каждая цифровая схема также является аналоговой схемой в том смысле, что поведение любой цифровой схемы можно объяснить, используя правила аналоговых схем.

Использование микроэлектроники сделало цифровые устройства дешевыми и широко доступными.

Шум [ править ]

Влияние шума на аналоговую схему зависит от уровня шума. Чем выше уровень шума, тем сильнее искажается аналоговый сигнал, постепенно теряющийся в использовании. Из-за этого говорят, что аналоговые сигналы «плавно выходят из строя». Аналоговые сигналы могут по-прежнему содержать понятную информацию с очень высоким уровнем шума. Цифровые схемы, с другой стороны, никак не подвержены влиянию шума до тех пор, пока не будет достигнут определенный порог, после чего они катастрофически откажутся. Для цифровых телекоммуникаций можно увеличить порог шума с помощью обнаружения и исправления ошибок.схемы и алгоритмы кодирования. Тем не менее, все еще есть момент, когда происходит катастрофический отказ канала. [7] [8]

В цифровой электронике, поскольку информация квантована , до тех пор, пока сигнал остается в пределах диапазона значений, он представляет одну и ту же информацию. В цифровых схемах сигнал восстанавливается на каждом логическом элементе , уменьшая или удаляя шум. [9] [ неудачная проверка ] В аналоговых схемах потеря сигнала может быть восстановлена ​​с помощью усилителей . Тем не менее, шум является кумулятивным по всей системе , и сам усилитель добавит к шуму в зависимости от его шума . [10] [11]

Точность [ править ]

На точность сигнала влияет ряд факторов, в основном шум, присутствующий в исходном сигнале, и шум, добавленный при обработке (см. Отношение сигнал / шум ). Фундаментальные физические ограничения, такие как дробовой шум в компонентах, ограничивают разрешение аналоговых сигналов. В цифровой электронике дополнительная точность достигается за счет использования дополнительных цифр для представления сигнала. Практический предел количества цифр определяется производительностью аналого-цифрового преобразователя (АЦП), поскольку цифровые операции обычно могут выполняться без потери точности. АЦП принимает аналоговый сигнал и преобразует его в серию двоичных чисел.. АЦП может использоваться в простых цифровых устройствах отображения, например, термометрах или люксметрах, но он также может использоваться в цифровой звукозаписи и при сборе данных. Однако цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) используется для преобразования цифрового сигнала в аналоговый. ЦАП принимает последовательность двоичных чисел и преобразует ее в аналоговый сигнал. Обычно в системе регулировки усиления операционного усилителя можно найти ЦАП, который, в свою очередь, может использоваться для управления цифровыми усилителями и фильтрами. [12]

Сложность дизайна [ править ]

Аналоговые схемы обычно сложнее проектировать, и для их концептуализации требуется больше навыков, чем для сопоставимых цифровых систем. [13] Это одна из основных причин того, что цифровые системы стали более распространенными, чем аналоговые устройства. Аналоговая схема обычно разрабатывается вручную, и этот процесс гораздо менее автоматизирован, чем для цифровых систем. С начала 2000-х годов было разработано несколько платформ, которые позволяли определять аналоговый дизайн с помощью программного обеспечения, что позволяет быстрее создавать прототипы. Однако, если цифровое электронное устройство должно взаимодействовать с реальным миром, ему всегда потребуется аналоговый интерфейс. [14] Например, каждый цифровой радиоприемник имеет аналоговый предусилитель в качестве первого каскада в цепи приема.

Классификация схем [ править ]

Аналоговые схемы могут быть полностью пассивными , состоящими из резисторов , конденсаторов и катушек индуктивности . Активные схемы также содержат активные элементы, такие как транзисторы . Традиционные схемы строятся из сосредоточенных элементов, то есть дискретных компонентов. Однако альтернативой являются схемы с распределенными элементами , построенные из отрезков линии передачи .

См. Также [ править ]

  • Аналоговый компьютер
  • Аналоговый сигнал
  • Цифровой - для сравнения с аналогом
  • Цифровая электроника
  • Аналоговая запись против цифровой записи
  • Аналоговый чип
  • Аналоговая проверка
  • Электронная схема

Ссылки [ править ]

  1. ^ Краткий Оксфордский словарь (10 изд.). Oxford University Press Inc., 1999. ISBN 0-19-860287-1.
  2. ^ Плимптон, Джордж Вашингтон (1884). Барометр-анероид: устройство и применение . Барометр- анероид D. Van Nostran Co.
  3. ^ Singmin, Эндрю (2001). Начало цифровой электроники через проекты . Newnes. п. 9. ISBN 0-7506-7269-2. Сигналы поступают от преобразователей ...
  4. ^ Миллер, Марк Р. (2002). Легкая электроника . Образовательная серия Бэррона. С.  232 –239. ISBN 0-7641-1981-8. Пока не пришло радио ...
  5. ^ Hsu, Hwei Бяо (2003). Очерк теории и проблем аналоговой и цифровой связи Шаума . McGraw-Hill Professional. п. 202. ISBN. 0-07-140228-4. Присутствие шума ухудшает работу систем связи.
  6. ^ Карр, Джозеф Дж. (2000). Секреты схемотехники ВЧ . McGraw-Hill Professional. п. 423. ISBN. 0-07-137067-6. Это обычное дело в микроволновых системах ...
  7. ^ Ричард Лэнгтон Грегори, Даже странные восприятия , стр. 161, Psychology Press, 1994 ISBN 0415061067 . 
  8. ↑ Робин Блэр, Цифровые методы радиовещательной передачи , стр. 34, Focal Press, 2002, ISBN 0240805089 . 
  9. Перейти ↑ Chen, Wai-Kai (2005). Справочник по электротехнике . Академическая пресса. п. 101. ISBN 0-12-170960-4. Шум с точки зрения аналоговой (или слабосигнальной) точки зрения ...
  10. ^ Джон Б. Хаген, Радиочастотная электроника: схемы и приложения , стр. 203, Cambridge University Press, 1996 ISBN 0521553563 . 
  11. ^ Джонатан Дэвидсон, Джеймс Петерс, Брайан Грейсли, Основы передачи голоса по IP , Cisco Press, 2000 ISBN 1578701686 . 
  12. ^ Шерц, Пол (2006). Практическая электроника для изобретателей . McGraw-Hill Professional. п. 730. ISBN 0-07-145281-8. Для аналоговых устройств ... для связи с цифровыми цепями ...
  13. ^ "Часы - цифровые и аналоговые" . www.mathsisfun.com . Проверено 18 декабря 2020 .
  14. ^ Уильямс, Джим (1991). Аналоговая схемотехника . Newnes. п. 238. ISBN 0-7506-9640-0. Даже внутри компаний, производящих как аналоговую, так и цифровую продукцию ...