模擬和數字電子

電子產品分為模擬和數字，後者幾乎在所有位置都取代了模擬。

模擬電子學研究隨時間連續生成和處理信號的設備。

數字電子設備使用時間離散信號，通常以數字形式表示。

什麼是信號？信號是攜帶信息的東西。光、聲、溫度、速度——所有這些都是物理量，它們的變化對我們來說具有一定的意義：或者作為生命過程，或者作為技術過程。

一個人能夠將許多物理量感知為信息。為此，它有換能器——將各種外部信號轉換為進入大腦的脈衝（順便說一下，是電脈衝）的感覺器官。在這種情況下，所有類型的信號：光、聲音和溫度都被轉換為相同性質的脈衝。

在電子系統中，感覺器官的功能是由傳感器（sensors）完成的，它將所有的物理量轉換成電信號。對於光 - 光電管，對於聲音 - 麥克風，對於溫度 - 熱敏電阻或熱電偶。

為什麼精確地在電信號中？答案很明顯，電量是通用的，因為任何其他量都可以轉換為電量，反之亦然；方便地傳輸和處理電信號。

人腦接收到信息後，根據對這些信息的處理，對肌肉等機構進行控制動作。同樣，在電子系統中，電信號通過電動機、電磁鐵、電光源控制電能、機械能、熱能和其他類型的能量。

所以，結論。人類以前所做（或不能）的事情由電子系統完成：它們控制、管理、調節、遠程通信等。

呈現信息的方式

當使用電信號作為數據載體時，有兩種可能的形式：

1）模擬——電信號在任何時刻都與原始信號相似，即時間連續。溫度、壓力、速度按連續規律變化——傳感器將這些值轉換成按相同規律（相似）變化的電信號。這種形式表示的值在指定範圍內可以取無限多個值。

2) 一個單獨的——脈沖和數字——信號是一系列信息被編碼的脈衝。在這種情況下，並不是所有的值都被編碼，而是只在特定的時刻——信號採樣。

脈衝操作 - 信號的短期暴露與暫停交替出現。

與連續（模擬）操作相比，脈衝操作有幾個優點：

——同體積電子設備輸出功率值大，效率更高；

——提高電子設備的抗噪性、準確性和可靠性；

— 減少溫度的影響和設備參數的分散，因為工作以兩種模式進行：“開”-“關”；

— 在單一類型的元件上實現脈衝裝置，很容易通過積分技術的方法（在微電路上）實現。

圖 1a 顯示了用矩形脈衝對連續信號進行編碼的方法——調製過程。

脈衝幅度調製 (PAM) — 脈衝幅度與輸入信號成正比。

脈衝寬度調製 (PWM) — 脈衝寬度 tpulse 與輸入信號成正比，脈衝的幅度和頻率是恆定的。

脈衝頻率調製 (PFM) — 輸入信號決定具有恆定持續時間和幅度的脈衝的重複率。

圖 1 — a) 用矩形脈衝對連續信號進行編碼的方法，b) 矩形脈衝的基本參數

最常見的脈衝是矩形的。圖 1b 顯示了矩形脈衝的周期序列及其主要參數。脈衝由以下參數表徵： Um——脈衝幅度； timp 是脈衝持續時間； tpause — 脈沖之間暫停的持續時間； Tp = tp + tp——脈衝重複週期； f=1/Tp——脈衝重複頻率； QH = Tp / tp — 脈衝佔空比。

在電子工程中，除了矩形脈衝外，鋸齒形、指數形、梯形等形狀的脈衝也被廣泛使用。

數字操作模式——信息以對應於一組特定脈衝（數字代碼）的數字形式傳輸，只有脈衝的存在或不存在才是必要的。

數字設備通常只使用兩個信號值 - 零 «0»（通常是低電壓或無脈衝）和 «1»（通常是高電壓電平或存在方波），即信息以二進制數字系統顯示。

這是由於創建、處理、存儲和傳輸以二進制系統表示的信號的便利性：開關閉合——打開，晶體管打開——閉合，電容器充電——放電，磁性材料磁化——消磁，等等。

數字信息以兩種方式表示：

1) 電位 — 值 «0» 和 «1» 對應於低電壓和高電壓。

2) 脈衝——二元變量對應於特定時刻電脈衝的存在與否。