Když se zabýváte televizním a rozhlasovým vysíláním, ale i moderními druhy komunikací, často se setkáváte s pojmy jako např “analogový signál” и “digitální signál”. Pro specialisty v těchto slovech není žádná záhada, ale pro neznalé lidi může být rozdíl mezi „digitálním“ a „analogovým“ zcela neznámý. Mezitím je zde velmi významný rozdíl.
Když mluvíme o signálu, máme na mysli obvykle elektromagnetické oscilace, které indukují EMF a způsobují kolísání proudu v anténě přijímače. Na základě těchto vibrací si přijímací zařízení – televizor, rádio, vysílačka nebo mobilní telefon – vytvoří „představu“ o tom, jaký obraz zobrazit na obrazovce (pokud je k dispozici video signál) a jaké zvuky tento video signál doprovázejí. .
V každém případě se signál z rádiové stanice nebo věže mobilního telefonu může objevit v digitální i analogové podobě. Koneckonců, například zvuk sám o sobě je analogový signál. Na radiostanici se zvuk přijímaný mikrofonem převádí na již zmíněné elektromagnetické vlny. Čím vyšší je frekvence zvuku, tím vyšší je výstupní frekvence oscilací a čím hlasitěji reproduktor mluví, tím větší je amplituda.
Vzniklé elektromagnetické kmity, neboli vlny, se šíří prostorem pomocí vysílací antény. Aby se vzduchové vlny nezanášely nízkofrekvenčním rušením a aby různé rozhlasové stanice měly možnost pracovat paralelně, aniž by se navzájem rušily, vibrace vzniklé vlivem zvuku se sčítají, tedy „překrývají“ na jiné vibrace, které mají konstantní frekvenci. Poslední frekvence se obvykle nazývá „nosná“ a její vnímání znamená, že ladíme náš rádiový přijímač, abychom „chytili“ analogový signál rádiové stanice.
V přijímači dochází k opačnému procesu: nosná frekvence je oddělena a elektromagnetické kmity přijímané anténou jsou převedeny na zvukové kmity a z reproduktoru je slyšet známý hlas hlasatele.
Během přenosu zvukového signálu z rozhlasové stanice do přijímače se může stát cokoli. Může docházet k rušení cizími osobami, může se změnit frekvence a amplituda, což samozřejmě ovlivní zvuky produkované rádiem. A konečně, jak vysílač, tak přijímač samotný zavádějí určitou chybu během konverze signálu. Proto zvuk reprodukovaný analogovým rádiem má vždy určité zkreslení. Hlas může být navzdory změnám plně reprodukován, ale na pozadí se bude ozývat syčení nebo dokonce sípání způsobené rušením. Čím méně spolehlivý je příjem, tím hlasitější a zřetelnější budou tyto vnější hlukové efekty.
Pozemní analogový signál má navíc velmi slabý stupeň ochrany před neoprávněným přístupem. Pro veřejnoprávní rozhlasové stanice na tom samozřejmě nezáleží. Při používání prvních mobilních telefonů ale došlo k jednomu nepříjemnému momentu spojenému s tím, že téměř každý rádiový přijímač třetí strany se dal snadno naladit na požadovanou vlnovou délku, aby mohl odposlouchávat váš telefonní rozhovor.
Analogové vysílání má takové nevýhody. Kvůli nim například televize slibuje, že se v relativně krátké době zcela zdigitalizuje.
Digitální komunikace a vysílání jsou považovány za více chráněné před rušením a vnějšími vlivy. Jde o to, že při použití „digitálu“ je analogový signál z mikrofonu na vysílací stanici zašifrován do digitálního kódu. Ne, proud postav a čísel se samozřejmě nešíří do okolního prostoru. Jednoduše, ke zvuku určité frekvence a hlasitosti je přiřazen kód rádiových pulsů. Doba trvání a frekvence pulsů jsou předem dané – jsou stejné pro vysílač i přijímač. Přítomnost impulsu odpovídá jedničce, nepřítomnosti – nule. Proto se taková komunikace nazývá „digitální“.
Zařízení, které převádí analogový signál na digitální kód, se nazývá analogově-digitální převodník (ADC). A zařízení nainstalované v přijímači, které převádí kód na analogový signál odpovídající hlasu vašeho přítele v reproduktoru mobilního telefonu GSM, se nazývá „digital-to-analog converter“ (DAC).
Při digitálním přenosu signálu jsou chyby a zkreslení prakticky vyloučeny. Pokud se impuls trochu zesílí, prodlouží nebo naopak, systém jej stále rozpozná jako jednotku. A nula zůstane nulou, i když se na jejím místě objeví nějaký náhodný slabý signál. Pro ADC a DAC neexistují žádné jiné hodnoty, jako je 0,2 nebo 0,9 – pouze nula a jedna. Proto rušení nemá téměř žádný vliv na digitální komunikaci a vysílání.
Kromě toho je „digitální“ také lépe chráněn před neoprávněným přístupem. Koneckonců, aby DAC zařízení dešifrovalo signál, musí „znát“ dešifrovací kód. ADC spolu se signálem může také přenášet digitální adresu zařízení vybraného jako přijímač. I když je tedy rádiový signál zachycen, nelze jej rozpoznat kvůli absenci alespoň části kódu. To platí zejména pro mobilní celulární komunikaci.
Tak tady rozdíly mezi digitálními a analogovými signály:
1) Analogový signál může být zkreslen rušením a digitální signál může být buď zcela ucpaný rušením, nebo může přijít bez zkreslení. Digitální signál je buď rozhodně přítomen, nebo zcela chybí (buď nula, nebo jednička).
2) Analogový signál je přístupný všem zařízením pracujícím na stejném principu jako vysílač. Digitální signál je bezpečně chráněn kódem a je obtížné jej zachytit, pokud není určen pro vás.
- O Ohmově zákonu v populární prezentaci
- Jak správně spojovat a odbočovat dráty pomocí kroucení
- Proč elektrikáři nejsou vždy přátelští s elektronikou. Část 2: Jak se naučit elektroniku
Doufám, že vám byl tento článek užitečný. Podívejte se také na další články z kategorie Elektrická energie v každodenním životě i v práci » Pomoci začínajícím elektrikářům
Přihlaste se k odběru našeho kanálu Telegram: Domácí elektro
Zde můžete zanechat komentář, položit otázku a jen chatovat:
Chat na elektrická témata
Analogové, diskrétní a digitální signály jsou tři různé typy signálů, které se používají k přenosu a zpracování informací. Liší se způsobem prezentace dat, fyzikálními vlastnostmi a aplikací v různých oblastech.
Jakákoli fyzikální veličina může být podle povahy změny své hodnoty konstantní (pokud má pouze jednu pevnou hodnotu), diskrétní (pokud může mít dvě nebo více pevných hodnot) nebo analogová (pokud může mít nespočet hodnot). . Všechny tyto veličiny lze převést do digitální podoby.
Analogové signály
Analogový (tj. plynule se měnící v čase) je signál, který může být reprezentován spojitou čárou ze sady hodnot definovaných v každém okamžiku v čase vzhledem k časové ose.
Hodnoty analogového signálu jsou v libovolném čase libovolné, takže jej lze v zásadě reprezentovat jako druh spojité funkce (v závislosti na čase jako proměnné) nebo jako po částech spojitou funkci času.
Spojité signály jsou generovány spojitými procesy a systémy. Jedná se například o EEG – vzniká díky elektrické aktivitě mozku, EKG – vzniká elektrickou aktivitou srdce, výstupem senzoru, např. senzoru rychlosti otáčení – tachogenerátoru atd.
Analogový signál lze nazvat například zvukovým signálem generovaným vinutím elektromagnetického mikrofonu nebo elektronkového akustického zesilovače, protože takový signál je spojitý a jeho hodnoty (napětí nebo proud) se od každého velmi liší. jiné v každém okamžiku.
Níže uvedený obrázek ukazuje příklad tohoto druhu analogového signálu.
Analogové veličiny mohou mít v určitých mezích nekonečný počet hodnot. Jsou spojité a jejich hodnoty se nemohou náhle změnit.
Příklad analogového signálu: termočlánek přenáší analogovou hodnotu teploty do programovatelného logického regulátoru, který řídí teplotu v elektrické peci pomocí polovodičového relé.
Jakýkoli analogový signál může být reprezentován jako jeho odpovídající digitální ekvivalent a přesnost reprezentace závisí na počtu číslic ekvivalentního čísla.
Ke zpracování analogových signálů se používají logické prvky.
Na základě fyzikálních charakteristik se rozlišuje potenciální a impulsní způsob reprezentace proměnných v logických prvcích. V potenciálních prvcích vysoký potenciál odpovídá logické jedničce (1), nízký potenciál – nule (0). Potenciály mohou být pozitivní nebo negativní. U impulsní metody reprezentace čísel je přítomnost impulsu stav 1, jeho nepřítomnost je 0.
Pro interakci elektronických zařízení, která zpracovávají analogové signály se zařízeními, která obsluhují binární (digitální) signály, se používají převodníky digitálně-analogové (DAC) a analogově-digitální (ADC).
Diskrétní signály
Pokud určitý signál nabývá libovolných hodnot pouze v určitých okamžicích, pak se takový signál nazývá diskrétní. Nejčastěji se v praxi používají diskrétní signály distribuované po jednotné časové mřížce, jejíž 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 vyříznuty malé kousky určité velikosti ve stejných intervalech, lze takový signál nazvat diskrétním.
Diskrétní signál se skládá ze sekvence vzorků, které obecně mohou nabývat libovolné hodnoty. Tento signál je obvykle vytvořen vzorkováním analogového signálu.
Níže je uveden příklad vytvoření takového diskrétního signálu se vzorkovacím intervalem T. Upozorňujeme, že je kvantován pouze interval vzorkování, nikoli však samotné hodnoty signálu.
Diskrétní signály mají dvě nebo více pevných hodnot (počet jejich hodnot je vždy vyjádřen v celých číslech).
Příklad jednoduchého diskrétního signálu se dvěma hodnotami: vypnutí pojezdového spínače (přepnutí kontaktů spínače v určité poloze mechanismu). Signál z koncového spínače lze přijímat pouze dvěma způsoby – kontakt je rozepnutý (žádná akce, žádné napětí) a kontakt sepnutý (je zde akce, je napětí).
V domácí literatuře se spínací zařízení také nazývají „diskrétní“, „logické“, „reléová zařízení“ nebo „reléová zařízení“.
Výhody diskrétních zařízení jsou z velké části způsobeny skutečností, že jejich prvky jsou poměrně jednoduché a spolehlivé. Ve většině případů mají pouze dva různé stavy: zapnuto – vypnuto (relé), otevřeno – uzamčeno (tranzistor) atd.
Takové prvky mohou generovat nebo zpracovávat signály, které mají pouze dva významy: jedna hodnota signálu je spojena s jedním stavem prvku, druhá – s druhým. Proto název „diskrétní signál“ často znamená signál se dvěma hodnotami. Fyzicky to znamená, že signál má pulzní povahu: nejvyšší úroveň je jedna hodnota, nejnižší je druhá. Obvykle jsou tyto úrovně označeny 1 a 0.
Digitální signály
Když diskrétní signál nabývá pouze některých pevných hodnot (které mohou být uspořádány na mřížce s určitým krokem), takže mohou být reprezentovány jako množství kvantových veličin, takový diskrétní signál se nazývá digitální.
To znamená, že digitální signál je diskrétní signál, který je kvantován nejen časovými intervaly, ale také úrovní.
Sledy pulzů představují posloupnosti číslic a lze si je představit jako binární čísla. Proto se nazývají digitální a související metody pro zpracování takových signálů a odpovídající zařízení a systémy se také nazývají digitální.
Digitální signál je signál, který je vzorkován a následně kvantován. Skládá se ze sekvence vzorků, které mohou nabývat pouze omezeného počtu hodnot, takže ji lze reprezentovat jako sekvenci celých čísel.
Informace se vždy ztratí při převodu analogového signálu na digitální (jak během vzorkování, tak kvantizace). Zvýšením vzorkovací frekvence a počtu kvantizačních úrovní se však můžete přiblížit původnímu signálu s libovolně malou odchylkou.
Například každý ze dvou stereo kanálů audio CD nahrávky může být reprezentován jako sekvence 44 100 šestnáctibitových čísel za sekundu a digitální telefonní signál ISDN může být reprezentován jako sekvence 8000 osmibitových čísel za sekundu.
V řadě úloh jsou identifikovány prakticky diskrétní a digitální signály a lze je snadno specifikovat ve formě vzorků pomocí výpočetního zařízení.
V domácí literatuře se ve vztahu k popsaným signálům, zařízením a systémům častěji používá termín „diskrétní“. Termín „digitální“ se používá méně často. To je odůvodněno tím, že význam posledního termínu je lépe přisoudit konkrétním zařízením s digitálním odečtem (digitální voltmetry, ampérmetry atd.).
Analogové signály musí být převedeny do digitálního formátu, než je může mikroprocesor interpretovat.
Obrázek ukazuje příklad vytvoření digitálního signálu na základě analogového. Vezměte prosím na vědomí, že hodnoty digitálního signálu nemohou nabývat středních hodnot, ale pouze určitých – celočíselného počtu kroků vertikální mřížky.
Digitální signál se snadno zaznamenává a přepisuje do paměti výpočetních zařízení, jednoduše čte a kopíruje bez ztráty přesnosti, zatímco přepis analogového signálu vždy zahrnuje ztrátu nějaké, byť nevýznamné, části informace.
Digitální zpracování signálu umožňuje získat zařízení s velmi vysokým výkonem prováděním výpočetních operací absolutně bez ztráty kvality nebo se zanedbatelnými ztrátami.
Díky těmto výhodám jsou dnes digitální signály v systémech pro ukládání a zpracování dat všudypřítomné. Všechny moderní paměti jsou digitální. Analogová paměťová média (jako jsou filmové kazety atd.) jsou minulostí.
Analogové a digitální měřiče napětí:
Ale i digitální signály mají své nevýhody. Nemohou být přenášeny přímo tak, jak jsou, protože přenos je obvykle realizován prostřednictvím nepřetržitých elektromagnetických vln. Proto je při přenosu a příjmu digitálních signálů nutné uchýlit se k dodatečné modulaci a analogově-digitální konverzi.
Další nevýhodou je menší dynamický rozsah digitálních signálů (poměr největší hodnoty k nejmenší) v důsledku kvantování hodnot přes mřížku.
Existují také oblasti, kde jsou analogové signály nepostradatelné. Například analogový zvuk se nikdy nebude srovnávat s digitálním, což je důvod, proč elektronkové zesilovače a desky stále zůstávají v módě, a to navzdory velkému množství formátů digitálního záznamu zvuku s nejvyšší vzorkovací frekvencí.
Připojte se k našemu telegramovému kanálu „Automatizace a robotika“! Buďte první, kdo se dozví o vzrušujících novinkách a fascinujících faktech ze světa automatizace: Automatizace a robotika na Telegramu
Pokud se vám tento článek líbil, sdílejte odkaz na něj na sociálních sítích. Velmi to pomůže rozvoji našeho webu!
Nenechte si ujít aktualizace, přihlaste se k odběru našich sociálních sítí: