Analogová a digitální elektronika
Elektronika se dělí na analogovou a digitální, přičemž ta druhá téměř na všech pozicích nahrazuje analog.
Analogová elektronika studuje zařízení, která generují a zpracovávají signály nepřetržitě v průběhu času.
Digitální elektronika využívá časově diskrétní signály, nejčastěji vyjádřené v digitální podobě.
co je to signál? Signál je něco, co nese informaci. Světlo, zvuk, teplota, rychlost — to vše jsou fyzikální veličiny, jejichž změna má pro nás určitý význam: ať už jako životní proces, nebo jako technologický proces.
Člověk je schopen vnímat mnoho fyzikálních veličin jako informaci. K tomu má převodníky – smyslové orgány, které přeměňují různé vnější signály na impulsy (které jsou mimochodem elektrického charakteru), které vstupují do mozku. V tomto případě jsou všechny typy signálů: světlo, zvuk a teplota převedeny na impulsy stejné povahy.
V elektronických systémech zastávají funkce smyslových orgánů senzory (senzory), které převádějí všechny fyzikální veličiny na elektrické signály.Pro světlo — fotobuňky, pro zvuk — mikrofony, pro teplotu — termistor nebo termočlánek.
Proč právě v elektrických signálech? Odpověď je zřejmá, elektrické veličiny jsou univerzální, protože jakékoli jiné veličiny lze převést na elektrické a naopak; elektrické signály jsou pohodlně přenášeny a zpracovávány.
Po obdržení informace dává lidský mozek na základě zpracování těchto informací řídící činnosti svalům a dalším mechanismům. Podobně v elektronických systémech řídí elektrické signály elektrickou, mechanickou, tepelnou a další energii prostřednictvím elektromotorů, elektromagnetů, elektrických světelných zdrojů.
Takže závěr. To, co člověk dříve dělal (nebo nemohl), dělají elektronické systémy: ovládají, řídí, regulují, komunikují na dálku atd.
Způsoby prezentace informací
Při použití elektrických signálů jako nosiče dat jsou možné dvě formy:
1) analogový — elektrický signál je v každém okamžiku podobný původnímu, tzn. průběžně v čase. Změna teploty, tlaku, rychlosti podle spojitého zákona — senzory převádějí tyto hodnoty na elektrický signál, který se mění podle stejného zákona (podobného). Hodnoty reprezentované v této podobě mohou nabývat nekonečného počtu hodnot v určeném rozsahu.
2) samostatný – pulzní a digitální – signál je řada pulzů, ve kterých je zakódována informace. V tomto případě nejsou zakódovány všechny hodnoty, ale pouze v určitých časových okamžicích — vzorkování signálu.
Pulzní provoz - krátkodobé vystavení signálu se střídá s pauzou.
Ve srovnání s kontinuálním (analogovým) provozem má pulzní provoz několik výhod:
— velké hodnoty výstupního výkonu pro stejný objem elektronického zařízení a vyšší účinnost;
— zvýšení odolnosti proti rušení, přesnosti a spolehlivosti elektronických zařízení;
— snížení vlivu teplot a rozptylu parametrů zařízení, protože práce se provádí ve dvou režimech: „zapnuto“ — „vypnuto“;
— realizace pulzních zařízení na jednotypových prvcích, snadno realizovatelných metodou integrální technologie (na mikroobvodech).
Obrázek 1a ukazuje způsoby kódování spojitého signálu s pravoúhlými impulsy – proces modulace.
Pulse-Amplitude Modulation (PAM) — amplituda pulzů je úměrná vstupnímu signálu.
Pulzní šířková modulace (PWM) — šířka pulsu tpulse je úměrná vstupnímu signálu, amplituda a frekvence pulsů jsou konstantní.
Pulse-Frequency Modulation (PFM) — vstupní signál určuje rychlost opakování pulzů, které mají konstantní trvání a amplitudu.
Obrázek 1 — a) Způsoby kódování spojitého signálu s pravoúhlými pulsy, b) Základní parametry pravoúhlých pulsů
Nejběžnější impulsy jsou obdélníkové. Obrázek 1b ukazuje periodickou sekvenci pravoúhlých impulsů a jejich hlavní parametry. Pulsy jsou charakterizovány následujícími parametry: Um — amplituda impulsu; tim je doba trvání pulsu; tpause — doba pauzy mezi pulsy; Tp = tp + tp — perioda opakování pulzu; f = 1 / Tp — frekvence opakování pulzů; QH = Tp / tp — pulzní pracovní cyklus.
Spolu s pravoúhlými pulzy v elektronickém inženýrství jsou široce používány pulzy pilových, exponenciálních, lichoběžníkových a dalších tvarů.
Digitální režim provozu — informace se přenáší ve formě čísla, které odpovídá určité sadě pulzů (digitální kód), přičemž zásadní je pouze přítomnost nebo nepřítomnost pulzu.
Digitální zařízení nejčastěji pracují pouze se dvěma hodnotami signálu - nula «0» (obvykle nízké napětí nebo žádný impuls) a «1» (obvykle vysoká úroveň napětí nebo přítomnost obdélníkové vlny), tzn. informace jsou prezentovány v binárním číselném systému.
To je způsobeno pohodlím vytváření, zpracování, ukládání a přenosu signálů reprezentovaných v binárním systému: spínač je sepnutý — rozpojený, tranzistor je rozpojen — sepnutý, kondenzátor je nabitý — vybitý, magnetický materiál je zmagnetizován — demagnetizován, atd.
Digitální informace jsou reprezentovány dvěma způsoby:
1) potenciál — hodnoty «0» a «1» odpovídají nízkému a vysokému napětí.
2) impuls — binární proměnné odpovídají přítomnosti nebo nepřítomnosti elektrických impulsů v určitých časových okamžicích.