Войти
Аналоговая электроника (Американский английский : аналоговая электроника ) - электронные системы с постоянно переменным сигналом, в отличие от цифровых электроника где сигналы обычно принимают только два уровня. Термин «аналог» описывает пропорциональную зависимость между сигналом и напряжением или током, которые представляют сигнал. Слово аналог происходит от греческого слова ανάλογος (analogos), означающего «пропорциональный».
Аналоговый сигнал использует некоторые атрибуты среды для передачи информации сигнала. Например, барометр-анероид использует угловое положение иглы в качестве сигнала для передачи информации об изменениях в атмосферном давлении. Электрические сигналы могут представлять информацию, изменяя их напряжение, ток, частоту или общий заряд. Информация преобразуется из некоторой другой физической формы (например, звук, свет, температура, давление, положение) в электрический сигнал с помощью преобразователя , который преобразует один тип энергии в другой (например, микрофон ).
Сигналы принимают любое значение из заданного диапазона, и каждое уникальное значение сигнала представляет различную информацию. Любое изменение в сигнале имеет смысл, и каждый уровень сигнала представляет другой уровень явления, которое он представляет. Например, предположим, сигнал используется для обозначения температуры, где один в соответствует одному градусу Цельсия. В такой системе 10 вольт будут представлять 10 градусов, а 10,1 вольт будут представлять 10,1 градуса.
Другой Метод передачи аналогового сигнала заключается в использовании модуляции. В этом случае у некоторого базового сигнала несущей изменяется одно из своих свойств: амплитудная модуляция (AM) включает изменение амплитуды синусоидального напряжения. форма сигнала по исходной информации, модуль частоты lation (FM) изменяет частоту. Также используются другие методы, такие как фазовая модуляция или изменение фазы несущего сигнала.
В аналоговой звукозаписи изменение давления звука, ударяющего по 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.
Аналоговые системы неизменно включают шум, который представляет собой случайные возмущения или вариации, 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. Когда 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 (LNA).
Поскольку информация закодирована в аналоговой и цифровой электронике по-разному, следовательно, различается способ обработки сигнала. 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 с помощью правил аналоговых схем.
Использование микроэлектроники сделало цифровые устройства дешевыми и широко доступными.
Влияние шума на аналоговую схему является функцией уровня шума. Чем выше уровень шума, тем сильнее искажается аналоговый сигнал, который постепенно становится менее пригодным для использования. 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 откажутся катастрофически. Для цифровых телекоммуникаций можно увеличить порог шума с помощью схем и алгоритмов кодирования обнаружения и исправления ошибок. Тем не менее, все еще существует точка, в которой происходит катастрофический отказ линии связи.
В цифровой электронике, поскольку информация квантуется, пока сигнал остается в пределах диапазона значений, он представляет ту же информацию. В цифровых схемах сигнал регенерируется на каждом логическом элементе , уменьшая или удаляя шум. В аналоговых схемах потеря сигнала может быть восстановлена с помощью усилителей . Однако шум накапливается во всей системе, и сам усилитель будет добавлять к шуму в соответствии со своим коэффициентом шума.
На точность сигнала влияет ряд факторов, в основном присутствующий шум. в исходный сигнал и шум, добавленный в результате обработки (см. отношение сигнал / шум ). Основные 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 характеристиками 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. g., термометры или люксметры, но они также могут использоваться в цифровой звукозаписи и при сборе данных. Однако цифро-аналоговый преобразователь (DAC) используется для преобразования цифрового сигнала в аналоговый. ЦАП принимает серию двоичных чисел и преобразует ее в аналоговый сигнал. ЦАП часто встречается в системе управления усилением операционного усилителя, который, в свою очередь, может использоваться для управления цифровыми усилителями и фильтрами.
Аналоговые схемы, как правило, сложнее проектировать, и для них требуется больше навыков, чем для сопоставимых цифровых систем. Это одна из основных причин того, что цифровые системы стали более распространенными, чем аналоговые устройства. Аналоговая схема обычно разрабатывается вручную, и процесс намного 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. Например, каждый приемник цифрового радио имеет аналоговый предусилитель в качестве первого каскада в цепи приема.
Аналоговые цепи могут быть полностью пассивными, состоящими из резисторов, конденсаторов и катушек индуктивности. Активные схемы также содержат активные элементы, такие как транзисторы. Традиционные схемы построены из сосредоточенных элементов, то есть дискретных компонентов. Однако альтернативой является схемы с распределенными элементами, построенные из частей линии передачи.
