Analogni, diskretni i digitalni signali

Svaka fizikalna veličina po prirodi svoje promjene vrijednosti može biti konstantna (ako ima samo jednu fiksnu vrijednost), diskretna (ako može imati dvije ili više fiksnih vrijednosti) ili analogna (ako može imati beskonačan broj vrijednosti). Sve te količine mogu se digitalizirati.

Analogni signali

Analogni signal je signal koji se može prikazati kontinuiranom linijom skupa vrijednosti definiranih u svakoj točki vremena u odnosu na vremensku os. Vrijednosti analognog signala su proizvoljne u bilo kojem trenutku vremena, tako da se općenito može prikazati kao vrsta kontinuirane funkcije (ovisno o vremenu kao varijabli) ili kao komadno kontinuirana funkcija vremena.

Analogni signal se može nazvati, na primjer, audio signalom koji generira zavojnica elektromagnetskog mikrofona ili cijevno akustičko pojačalo, jer je takav signal kontinuiran i njegove vrijednosti (napon ili struja) su vrlo različite jedna od druge na bilo koji trenutak u vremenu.

Donja slika prikazuje primjer ove vrste analognog signala.

Analogne vrijednosti mogu imati beskonačnu raznolikost vrijednosti unutar određenih granica. Oni su kontinuirani i njihove se vrijednosti ne mogu mijenjati skokovito.

Primjer analognog signala: termopar odašilje analognu vrijednost temperature programabilnom logičkom kontroleru, koji kontrolira temperaturu u električnoj pećnici s poluprovodničkim relejem.

Diskretni signali

Ako signal poprima slučajne vrijednosti samo u određenim trenucima vremena, tada se takav signal naziva diskretnim. Najčešće se u praksi koriste diskretni signali raspoređeni po uniformnoj vremenskoj mreži, čiji se korak naziva interval uzorkovanja.

Diskretni signal poprima određene vrijednosti različite od nule samo u trenucima uzorkovanja, odnosno nije kontinuiran, za razliku od analognog signala. Ako se iz zvučnog signala u pravilnim intervalima izrezuju mali dijelovi određene veličine, takav se signal može nazvati diskretnim.

Ispod je primjer generiranja takvog diskretnog signala s intervalom uzorkovanja T. Imajte na umu da se mjeri samo interval uzorkovanja, a ne same vrijednosti signala.

Diskretni signali imaju dvije ili više fiksnih vrijednosti (broj njihovih vrijednosti uvijek se izražava kao cijeli brojevi).

Primjer jednostavnog diskretnog signala za dvije vrijednosti: aktiviranje krajnje sklopke (prebacivanje kontakata sklopke u određenom položaju mehanizma). Signal s granične sklopke može se primiti u samo dvije verzije — kontakt je otvoren (nema djelovanja, nema napona) i kontakt je zatvoren (postoji djelovanje, postoji napon).

Digitalni signali

Kada diskretni signal poprima samo neke fiksne vrijednosti (koje se mogu nalaziti na rešetki s određenim korakom) tako da se mogu prikazati kao niz kvantnih veličina, takav diskretni signal naziva se digitalnim. To jest, digitalni signal je diskretni signal koji je kvantiziran ne samo po vremenskim intervalima, već i po razini.

U praksi se diskretni i digitalni signali identificiraju u brojnim problemima i mogu se lako odrediti kao uzorci pomoću računalnog uređaja.

Na slici je prikazan primjer formiranja digitalnog signala na temelju analognog. Imajte na umu da vrijednosti digitalnog signala ne mogu uzeti međuvrijednosti, samo određene - cijeli broj koraka u okomitoj mreži.

Digitalni signal lako se snima i prepisuje u memoriju računalnih uređaja, jednostavno se očitava i kopira bez gubitka točnosti, dok je prepisivanje analognog signala uvijek povezano s gubitkom nekog, iako neznatnog, dijela informacija.

Digitalna obrada signala omogućuje dobivanje uređaja s vrlo visokim performansama zbog izvođenja računalnih operacija bez ikakvog gubitka kvalitete ili sa zanemarivim gubitkom.

Zbog ovih prednosti digitalni signali danas su sveprisutni u sustavima za pohranu i obradu podataka. Sva moderna memorija je digitalna. Analogni mediji za pohranjivanje (kao što su kasete, itd.) odavno su nestali.

Analogni i digitalni instrumenti za mjerenje napona:

Ali čak i digitalni signali imaju svoje nedostatke.Ne mogu se izravno prenositi takvi kakvi jesu, jer se prijenos obično vrši kroz kontinuirane elektromagnetske valove. Stoga je pri odašiljanju i primanju digitalnih signala potrebno pribjeći na dodatnu modulaciju i analogno-digitalna pretvorba... Manji dinamički raspon digitalnih signala (omjer najveće vrijednosti prema najmanjoj vrijednosti), zbog kvantizacije vrijednosti duž mreže, još je jedan njihov nedostatak.

Postoje i područja u kojima su analogni signali nezamjenjivi. Na primjer, analogni zvuk nikada se neće usporediti s digitalnim, tako da cijevna pojačala i snimke još nisu izašle iz mode, unatoč obilju digitalnih formata audio zapisa s najvišim stopama uzorkovanja.