Analogové, diskrétní a digitální signály

Jakákoli fyzikální veličina podle povahy změny své hodnoty může být konstantní (pokud má pouze jednu pevnou hodnotu), diskrétní (pokud může mít dvě nebo více pevných hodnot) nebo analogová (pokud může mít nekonečný počet hodnot). Všechna tato množství lze digitalizovat.

Analogové signály

Analogový signál je signál, který může být reprezentován souvislou linií sady hodnot definovaných v každém časovém bodě vzhledem k časové ose. Hodnoty analogového signálu jsou libovolné v kterémkoli časovém okamžiku, takže může být obecně reprezentován jako druh spojité funkce (v závislosti na čase jako proměnné) nebo jako po částech spojitá funkce času.

Analogový signál lze nazvat například zvukovým signálem generovaným cívkou elektromagnetického mikrofonu nebo elektronkovým akustickým zesilovačem, protože takový signál je spojitý a jeho hodnoty (napětí nebo proud) se od sebe velmi liší. každou chvíli.

Níže uvedený obrázek ukazuje příklad tohoto typu analogového signálu.

Analogové hodnoty mohou mít v určitých mezích nekonečnou škálu hodnot. Jsou spojité a jejich hodnoty se nemohou skokově měnit.

Příklad analogového signálu: termočlánek přenáší analogovou hodnotu teploty do programovatelného logického automatu, který řídí teplotu v elektrické troubě pomocí polovodičového relé.

Diskrétní signály

Pokud signál nabývá náhodných hodnot pouze v určitých okamžicích, pak se takový signál nazývá diskrétní. Nejčastěji se v praxi používají diskrétní signály rozložené po jednotné časové mřížce, jejichž krok se nazývá vzorkovací interval.

Diskrétní signál nabývá určitých nenulových hodnot pouze v okamžicích vzorkování, to znamená, že na rozdíl od analogového signálu není spojitý. Pokud jsou ze zvukového signálu v pravidelných intervalech vyříznuty malé části určité velikosti, lze takový signál nazvat diskrétním.

Níže je uveden příklad generování takového diskrétního signálu s intervalem vzorkování T. Všimněte si, že se měří pouze interval vzorkování, nikoli samotné hodnoty signálu.

Diskrétní signály mají dvě nebo více pevných hodnot (počet jejich hodnot je vždy vyjádřen jako celá čísla).

Příklad jednoduchého diskrétního signálu pro dvě hodnoty: aktivace koncového spínače (sepnutí kontaktů spínače v určité poloze mechanismu). Signál z koncového spínače lze přijímat pouze ve dvou verzích — kontakt je rozpojený (žádná akce, žádné napětí) a kontakt sepnutý (je zde akce, existuje napětí).

Digitální signály

Když diskrétní signál nabývá pouze určitých pevných hodnot (které mohou být umístěny na mřížce s určitým stoupáním), takže je lze reprezentovat jako série kvantových veličin, nazývá se takový diskrétní signál digitální. To znamená, že digitální signál je diskrétní signál, který je kvantován nejen časovými intervaly, ale také úrovní.

V praxi jsou diskrétní a digitální signály identifikovány v řadě problémů a lze je snadno určit jako vzorky pomocí výpočetního zařízení.

Obrázek ukazuje příklad vytvoření digitálního signálu na základě analogového. Vezměte prosím na vědomí, že hodnoty digitálního signálu nemohou nabývat středních hodnot, pouze specifických – celočíselných kroků ve vertikální mřížce.

Digitální signál se snadno zaznamená a přepíše do paměti výpočetních zařízení, jednoduše se čte a kopíruje bez ztráty přesnosti, zatímco přepis analogového signálu je vždy spojen se ztrátou nějaké, byť nevýznamné, části informace.

Digitální zpracování signálu umožňuje získat zařízení s velmi vysokým výkonem díky provádění výpočetních operací absolutně bez ztráty kvality nebo se zanedbatelnými ztrátami.

Díky těmto výhodám jsou dnes v systémech pro ukládání a zpracování dat všudypřítomné digitální signály. Všechny moderní paměti jsou digitální. Analogová paměťová média (jako jsou kazety atd.) jsou dávno pryč.

Analogové a digitální přístroje na měření napětí:

Ale i digitální signály mají své nevýhody.Nemohou být přenášeny přímo tak, jak jsou, protože přenos se obvykle provádí prostřednictvím nepřetržitých elektromagnetických vln. Proto je při vysílání a příjmu digitálních signálů nutné sáhnout po k dodatečné modulaci a analogově-digitální převod... Další z jejich nevýhod je menší dynamický rozsah digitálních signálů (poměr největší hodnoty k nejmenší hodnotě), díky kvantizaci hodnot po síti.

Existují také oblasti, kde jsou analogové signály nepostradatelné. Například analogový zvuk nebude nikdy srovnáván s digitálním, takže elektronkové zesilovače a nahrávky ještě nevyšly z módy, a to navzdory velkému množství formátů digitálního záznamu zvuku s nejvyšší vzorkovací frekvencí.