Analog vs Digital: Каква е разликата?

Има различни начини за класифициране на електрически вериги. Един много важен начин е да класифицирате схема или система като аналогова или цифрова, но какво означава това? Какво е аналогов спрямо цифров?

Ако сте любител на електрониката известно време, ходили сте на курсове по електроника или сте чели книги по темата, вероятно имате поне интуитивно усещане за разликата между аналогово и цифрово.

Ако сте нов, може да не разберете напълно какво всъщност означава аналог срещу цифрови.

В тази публикация ще разгледам какво означава всеки и ще опиша разликите.

Ако сте нов, надяваме се, че ще разберете разликата между цифров и аналогов, след като прочетете това. Ако сте малко запознати със значенията, тогава се надяваме, че това ще послужи като добър преглед.

Да започнем с дефинирането на няколко често неразбрани термина.

Сигналът за непрекъснато време е този, който се определя за всяка безкрайно малка стойност на времето в рамките на определен период от време.

От друга страна, дискретен сигнал за времето се определя само при дискретни стойности или стъпки по времева линия.

Често бъркаме аналогово с непрекъснато време и цифрово с дискретно време, но те не са непременно еднакви.

Аналогов сигнал е този, чиято амплитуда може да приема всяка стойност в непрекъснат диапазон.

Амплитудата на цифровия сигнал може да приема само ограничен брой стойности.

Какво означава всичко това?

Изображението по-долу (от третото издание на съвременните цифрови и аналогови комуникационни системи) може да помогне.

Фигура (а) на снимката по-горе показва аналогов сигнал, който също е непрекъснато време. Фигура © също изобразява аналогов сигнал, само знайте, че е в дискретно време. Самият сигнал варира непрекъснато във времевия период, но ние го вземаме само на дискретизирано време. Ако свържете точките, получавате непрекъснат аналогов сигнал.

Практически пример за това е регистрирането на температурата на всеки 10 минути.

Самата температура варира непрекъснато във времето. С други думи, температурата не скача от 75 до 76 за нула време, нито има време, когато няма температура (не бъркайте това с нула градуса!).

По-скоро тя придобива някаква стойност между тях във всеки безкрайно малък период от време. В този случай единственият ни интерес е да го гледаме на всеки 10 минути, така че ако трябва да определим температурата (аналогова стойност), тя може да изглежда като част ©.

В част (б) виждаме непрекъснат цифров сигнал във времето, а в част (г) показва дискретен времеви цифров сигнал. Ако свържете точките в част (г), използвайки само линии, които са успоредни или перпендикулярни на оста t, ще се появи нещо като (b).

Част (б) прилича на нещо, което може да видите на осцилоскоп, когато пробвате цифрова схема.

Ами част (г)?

Ако регистрираме стойността на определен запас при приключване на бизнеса всеки ден, може да имаме графика, която изглежда като част (d).

Аналогов срещу цифров: Аналогов

За нашето намерение ще кажем, че в аналогова система или напрежението или токът ще се променят непрекъснато за определен период от време (въпреки че технически не е необходимо, повечето неща, които измервате).

„Аналог“ на нещо е копие на това нещо. Казано по друг начин, това е аналог. Оттам идва терминът аналог.

Вземете например старомодния микрофон.

Звуковите вълни са вълни с въздушно налягане. Микрофонът превръща тези вълни под налягане в колебание на напрежението или електрически „аналог“ на вълните под налягане. След това сигналът се усилва и подава към високоговорител, където електрическият сигнал се преобразува обратно в вълна под налягане или звук.

Освен ако не сте част от The Matrix, живеете в аналогов свят. Повечето неща в природата, които човек може да измери количествено, се появяват в аналогова форма.

Други аналогови количества (освен налягане) са разстояние, време и температура. Когато слушате AM / FM радио, слушате информация, излъчвана в аналогова форма.

Говорейки за радио, един от проблемите с аналоговите системи е въвеждането на шум. Всички бяхме настроени в някоя станция преди и чухме шум или статично действие. FM радиото е по-имунизирано срещу шума от AM, но все пак се случва.

Ако сте достатъчно възрастни, може да си спомните да копирате VHS касети и да забележите, че качеството на копието не е толкова добро, колкото оригинала. Това се дължи на шума.

Много от вас вероятно знаят как изглежда шумът. Ако сте нов или се нуждаете от напомняне, снимката по-долу го илюстрира. Често шумът може да бъде много по-лош от това, което виждате по-долу.

Захранването с променлив ток във вашия дом е едновременно непрекъснато и аналогово; макар че шипове, провисвания и преходни процеси по линията могат да бъдат много по-лоши от снимките по-долу.

Има дори аналогови компютри, но това са по-специално предназначение, а не нещо, с което работят повечето любители. Компютрите, с които вероятно сте запознати, са всички цифрови, което ни превежда в следващата ни тема.

Аналогов срещу цифров: Цифровото предимство

За повечето от нас цифровите сигнали, с които ще работим, ще наподобяват част (б) от фигурата по-горе.

Когато мислим за цифрови, едно от първите неща, които ни хрумват, са двоичните числа. Някои са наясно с това, но мнозина биха го приели като изненада, като разберат, че цифровият сигнал може технически да приеме повече от две дискретни стойности.

Всъщност тя може да приеме всеки краен брой стойности. Тези видове цифрови сигнали се означават като М-арни сигнали с М, представляващи всяко цяло число. Двоичният е най-често срещаният и специален случай, когато М = 2.

За нашите цели ще предположим, че ще работите с двоични сигнали.

Една от най-ранните цифрови електронни системи излезе на живо през 1844 г. Изобретен от Самюъл Морс, първият телеграф беше изпратен през същата година. Този инструмент използва къси и дълги импулси на тока, наречени точки и тирета.

Всеки момент ключът на предаващия телеграф е едно от двете състояния: или включено, или изключено. Информацията, която носи телеграфното съобщение, зависи само от състоянието на включване / изключване на предавателя с течение на времето. Две различни нива идентифицират сигнала по всяко време. Това го прави дигитален.

Разбира се, никой не използва телеграф в този ден и възраст, но повечето от нас използват компютри, смартфони и безброй други цифрови или частично цифрови устройства всеки ден.

В двоична цифрова система има само две възможности: включен или изключен, висок или нисък.

Високо е логика 1, а ниско е логика 0. Ето защо двоичните числа се състоят от единица и нула.

В TTL (Transistor-Transistor Logic) системи считаме, че високата е 5 V, а ниската - 0 V. Нищо не е идеално, така че има граница за грешка.

За TTL устройство, което получава сигнал, минималното ниво на напрежение, което ще бъде отчетено като високо, е 2 V. Максималното, което ще бъде отчетено като ниско, е 0,8 V.

Всичко между тях е невалидно и игнорирано.

Допустимите отклонения за TTL устройство, изпращащо сигнал, са малко по-различни, но разбирате.

Така че защо дигиталният е толкова голям?

Помислете за CD плейър. Повечето от нас биха се съгласили, че звукът на CD е по-добър от винилови записи или магнитни касети, но защо?

Това високо качество на звука е възможно, защото музиката не се съхранява като физическо копие на звуковите вълни (като запис), а като кодирана серия от числа, които представляват амплитудни стъпки в звуковите вълни.

В запис или касета изкривяването (шумът) се въвежда както от аналоговия процес на запис, така и от процеса на възпроизвеждане.

Нашият CD плейър не съхранява копия на вълнови форми, а код, който казва на плейъра как възпроизвежда звука всеки път, когато се възпроизвежда с много висока степен на точност.

За да се направи цифрово копие на аналогов сигнал (като звук), звуковите вълни се вземат на извадка на точни интервали. Напрежението на вълната се измерва на определени интервали и всяко измерване се преобразува в число.

Това прави една цифрова система, подобно на CD плейър, по-имунизирана срещу шум. Когато правим аналогово копие на звук или видео, в записа присъщо се внася шум.

Мога да копирам mp3 файл хиляда пъти (като копия копията), без да загубя първоначално качество. Но ако се опитам да копирам касета по този начин, качеството на звука ще се влоши доста преди да достигна 1000.

Това ни отвежда до друго важно предимство на цифровия над аналогов: цифровата информация може лесно да се съхранява, прехвърля и копира без изкривяване, присъщо на аналоговите процеси. Копиите могат да се правят от други копия, без да се влошават между поколенията от копия.

Опитайте това с вашите VHS касети! Аналогов срещу дигитален - цифровите печели тук.

Обеми съществуват при представяне на числа в компютри и цифрови системи, двоична аритметика и логика и теория на извадката. Тези неща са извън обхвата на тази публикация, но могат да се появят в бъдещи публикации.

Разликата между цифров и аналогов

Основните разлики между аналогови и цифрови трябва да са очевидни досега.

Ето няколко примера от реалния свят, за да се придвижите към дома.

Един от начините за сравняване на разликите между цифров и аналогов е да се сравни еднополюсен превключвател на светлината в дома ви с превключвател за димер.

С димера мога да променя яркостта на светлината навсякъде в определен диапазон от стойности. Диммерът е аналогово устройство заради това. Светлината може да бъде напълно включена, напълно изключена или да поеме някакво ниво на яркост между тях.

С еднополюсния превключвател светлината е или напълно включена, или напълно изключена. Между тях няма нищо. Само състоянията на включване или изключване. Еднополюсният превключвател е цифрово устройство заради това.

Ето още един пример.

Да предположим, че вие ​​и приятел стоите пред сграда близо до входа. Входът има стъпала и рампа до стъпалата за физически инвалиди.

По някаква странна причина, вие и вашият приятел започнете да правите квартири при рампата и стъпалата.

На рампата една четвърт може да кацне навсякъде по цялата си дължина.

Със стъпките обаче законите на гравитацията пречат на промяната да се приземи върху самия ръб (тя ще падне до следващата най-ниска стъпка) или върху частта от стъпалото, която върви перпендикулярно на земята.

Стъпките представляват цифрови, дискретна група от стойности и аналог на рампата, непрекъсната група от стойности.

Разликата между аналогово и цифрово: приключване

Надяваме се, че сега имате добро разбиране на разликата между аналогови и цифрови схеми.

Исках да вляза в някои основи за представяне на двоично число и характеристики на цифрови импулси, но както обикновено този пост стана доста дълъг.

Една бъдеща публикация (и) определено ще задълбочи малко по-дълбоко в тези теми.

Междувременно, коментирайте и ме уведомете: главно ли сте аналогов човек, дигитален човек или може би малко от двете?

Първоначално публикуван на circuitcrush.com на 7 април 2017 г.