Analogna i digitalna elektronika
Elektronika se dijeli na analognu i digitalnu, pri čemu potonja gotovo u svim pozicijama zamjenjuje analognu.
Analogna elektronika proučava uređaje koji generiraju i obrađuju signale neprekidno tijekom vremena.
Digitalna elektronika koristi vremenski diskretne signale, najčešće izražene u digitalnom obliku.
Što je signal? Signal je nešto što nosi informaciju. Svjetlost, zvuk, temperatura, brzina — sve su to fizikalne veličine čija promjena za nas ima određeno značenje: bilo kao životni proces, bilo kao tehnološki proces.
Čovjek je sposoban percipirati mnoge fizičke veličine kao informacije. Da bi to učinio, ima pretvarače - senzorne organe koji pretvaraju različite vanjske signale u impulse (koji su, usput rečeno, električne prirode) koji ulaze u mozak. U tom se slučaju sve vrste signala: svjetlost, zvuk i temperatura pretvaraju u impulse iste prirode.
U elektroničkim sustavima funkcije osjetilnih organa obavljaju senzori (senzori), koji sve fizikalne veličine pretvaraju u električne signale.Za svjetlo - fotoćelije, za zvuk - mikrofoni, za temperaturu - termistor ili termoelement.
Zašto baš u električnim signalima? Odgovor je očit, električne veličine su univerzalne jer se sve druge veličine mogu pretvoriti u električne i obrnuto; električni signali se jednostavno prenose i obrađuju.
Nakon primanja informacija, ljudski mozak, na temelju obrade tih informacija, daje kontrolne radnje mišićima i drugim mehanizmima. Slično, u elektroničkim sustavima, električni signali upravljaju električnom, mehaničkom, toplinskom i drugim vrstama energije putem elektromotora, elektromagneta, električnih izvora svjetlosti.
Dakle, zaključak. Ono što je čovjek prije radio (ili nije mogao) čine elektronički sustavi: kontroliraju, upravljaju, reguliraju, komuniciraju na daljinu itd.
Načini prezentiranja informacija
Pri korištenju električnih signala kao nositelja podataka moguća su dva oblika:
1) analogni — električni signal je sličan izvornom u bilo kojem trenutku, tj. kontinuirano u vremenu. Temperatura, tlak, brzina mijenjaju se prema kontinuiranom zakonu — senzori pretvaraju te vrijednosti u električni signal koji se mijenja prema istom zakonu (slično). Vrijednosti predstavljene u ovom obliku mogu imati beskonačan broj vrijednosti unutar određenog raspona.
2) zasebni — impulsni i digitalni — signal je niz impulsa u kojima je informacija kodirana. U ovom slučaju nisu sve vrijednosti kodirane, već samo u određenim vremenskim trenucima - uzorkovanje signala.
Pulsni rad - kratkotrajna ekspozicija signala izmjenjuje se s pauzom.
U usporedbi s kontinuiranim (analognim) radom, pulsni rad ima nekoliko prednosti:
— velike vrijednosti izlazne snage za isti volumen elektroničkog uređaja i veću učinkovitost;
— povećanje otpornosti na buku, točnosti i pouzdanosti elektroničkih uređaja;
— smanjenje utjecaja temperatura i disperzije parametara uređaja, budući da se rad odvija u dva načina: "uključeno" — "isključeno";
— implementacija impulsnih uređaja na elementima jednog tipa, lako implementirana metodom integralne tehnologije (na mikro krugovima).
Slika 1a prikazuje metode kodiranja kontinuiranog signala s pravokutnim impulsima - proces modulacije.
Modulacija amplitude impulsa (PAM) — amplituda impulsa proporcionalna je ulaznom signalu.
Modulacija širine pulsa (PWM) — širina impulsa tpulse proporcionalna je ulaznom signalu, amplituda i frekvencija impulsa su konstantne.
Pulsno-frekvencijska modulacija (PFM) — ulazni signal određuje brzinu ponavljanja impulsa koji imaju konstantno trajanje i amplitudu.
Slika 1 — a) Metode kodiranja kontinuiranog signala s pravokutnim impulsima, b) Osnovni parametri pravokutnih impulsa
Najčešći pulsevi su pravokutni. Slika 1b prikazuje periodički niz pravokutnih impulsa i njihove glavne parametre. Impulse karakteriziraju sljedeći parametri: Um — amplituda pulsa; timp je trajanje pulsa; tpauza — trajanje pauze između impulsa; Tp = tp + tp — period ponavljanja pulsa; f = 1 / Tp — frekvencija ponavljanja impulsa; QH = Tp / tp — radni ciklus impulsa.
Uz pravokutne impulse u elektroničkom inženjerstvu naširoko se koriste impulsi pilastog, eksponencijalnog, trapezoidnog i drugih oblika.
Digitalni način rada — informacija se prenosi u obliku broja koji odgovara određenom skupu impulsa (digitalni kod), a bitna je samo prisutnost ili odsutnost impulsa.
Digitalni uređaji najčešće rade sa samo dvije vrijednosti signala - nula «0» (obično nizak napon ili bez pulsa) i «1» (obično visoka razina napona ili prisutnost pravokutnog vala), tj. informacije su prikazane u binarnom brojevnom sustavu.
To je zbog pogodnosti stvaranja, obrade, pohranjivanja i prijenosa signala predstavljenih u binarnom sustavu: prekidač je zatvoren — otvoren, tranzistor je otvoren — zatvoren, kondenzator je napunjen — ispražnjen, magnetski materijal je magnetiziran — demagnetiziran, itd.
Digitalne informacije su predstavljene na dva načina:
1) potencijal - vrijednosti «0» i «1» odgovaraju niskom i visokom naponu.
2) impuls — binarne varijable odgovaraju prisutnosti ili odsutnosti električnih impulsa u određenim vremenskim trenucima.