Analoog- ja digitaalelektroonika
Elektroonika jaguneb analoog- ja digitaalseks, kusjuures viimane asendab peaaegu kõigis positsioonides analoogi.
Analoogelektroonika uurib seadmeid, mis genereerivad ja töötlevad aja jooksul pidevalt signaale.
Digitaalne elektroonika kasutab aja-diskreetseid signaale, mida enamasti väljendatakse digitaalsel kujul.
Mis on signaal? Signaal on midagi, mis kannab teavet. Valgus, heli, temperatuur, kiirus — kõik need on füüsikalised suurused, mille muutumisel on meie jaoks teatud tähendus: kas eluprotsessina või tehnoloogilise protsessina.
Inimene on võimeline tajuma informatsioonina paljusid füüsilisi suurusi. Selleks on tal andurid – meeleorganid, mis muudavad erinevad välised signaalid impulssideks (mis, muide, on elektrilist laadi), mis sisenevad ajju. Sel juhul muudetakse igat tüüpi signaalid: valgus, heli ja temperatuur sama laadi impulssideks.
Elektroonilistes süsteemides täidavad meeleorganite ülesandeid andurid (sensorid), mis muudavad kõik füüsikalised suurused elektrilisteks signaalideks.Valguse jaoks - fotoelemendid, heli jaoks - mikrofonid, temperatuuri jaoks - termistor või termopaar.
Miks just elektrilistes signaalides? Vastus on ilmne, elektrilised suurused on universaalsed, kuna kõik muud suurused saab teisendada elektrilisteks ja vastupidi; elektrilisi signaale edastatakse ja töödeldakse mugavalt.
Pärast teabe saamist annab inimese aju selle teabe töötlemise põhjal lihastele ja teistele mehhanismidele juhtimistoimingud. Samamoodi juhivad elektroonikasüsteemides elektrilised signaalid elektri-, mehaanilist, soojus- ja muud tüüpi energiat elektrimootorite, elektromagnetite, elektriliste valgusallikate kaudu.
Niisiis, järeldus. Seda, mida inimene varem tegi (või ei saanud), teevad elektroonilised süsteemid: juhivad, haldavad, reguleerivad, suhtlevad eemalt jne.
Teabe esitamise viisid
Elektriliste signaalide kasutamisel andmekandjana on võimalikud kaks vormi:
1) analoog — elektrisignaal on igal ajahetkel sarnane originaaliga, s.t. ajas pidevalt. Temperatuur, rõhk, kiirus muutuvad pideva seaduse järgi — andurid muudavad need väärtused elektrisignaaliks, mis muutub sama seaduse järgi (sarnane). Sellel kujul esitatud väärtused võivad teatud vahemikus võtta lõpmatu arvu väärtusi.
2) eraldi — impulss- ja digitaalne — signaal on impulsside jada, milles on kodeeritud informatsioon. Sel juhul ei kodeerita kõiki väärtusi, vaid ainult teatud ajahetkedel - signaali diskreetimine.
Impulsstöö – signaali lühiajaline kokkupuude vaheldub pausiga.
Võrreldes pideva (analoog) tööga, on impulsstalitlusel mitmeid eeliseid:
- suured väljundvõimsuse väärtused sama elektroonikaseadme mahu ja suurema efektiivsusega;
— elektrooniliste seadmete mürakindluse, täpsuse ja töökindluse suurendamine;
- temperatuuride mõju ja seadme parameetrite hajumise vähendamine, kuna töö toimub kahes režiimis: "sees" - "väljas";
- impulssseadmete rakendamine ühe tüüpi elementidel, mida on lihtne integreeritud tehnoloogia meetodil rakendada (mikroskeemidel).
Joonisel 1a on näidatud pideva signaali kodeerimise meetodid ristkülikukujuliste impulssidega – modulatsiooniprotsess.
Impulsi amplituudmodulatsioon (PAM) — impulsside amplituud on võrdeline sisendsignaaliga.
Impulsi laiuse modulatsioon (PWM) — impulsi laius tpulse on võrdeline sisendsignaaliga, impulsside amplituud ja sagedus on konstantsed.
Pulse-Frequency Modulation (PFM) – sisendsignaal määrab konstantse kestuse ja amplituudiga impulsside kordussageduse.
Joonis 1 — a) Ristkülikukujuliste impulssidega pideva signaali kodeerimise meetodid, b) Ristkülikukujuliste impulsside põhiparameetrid
Kõige tavalisemad impulsid on ristkülikukujulised. Joonisel 1b on kujutatud ristkülikukujuliste impulsside perioodiline jada ja nende peamised parameetrid. Impulsse iseloomustavad järgmised parameetrid: Um — impulsi amplituud; timp on impulsi kestus; tpause — impulsside vahelise pausi kestus; Tp = tp + tp — impulsi kordusperiood; f = 1 / Tp — impulsi kordussagedus; QH = Tp / tp — impulsi töötsükkel.
Lisaks ristkülikukujulistele impulssidele elektroonikatehnikas kasutatakse laialdaselt saehamba, eksponentsiaalse, trapetsikujulise ja muu kujuga impulsse.
Digitaalne töörežiim — teave edastatakse numbri kujul, mis vastab teatud impulsside komplektile (digitaalkood) ja oluline on ainult impulsi olemasolu või puudumine.
Digitaalsed seadmed töötavad enamasti ainult kahe signaali väärtusega - null "0" (tavaliselt madalpinge või impulsi puudumine) ja "1" (tavaliselt kõrge pinge tase või ruutlaine olemasolu), st. teave esitatakse kahendarvusüsteemis.
Selle põhjuseks on binaarsüsteemis esindatud signaalide loomise, töötlemise, salvestamise ja edastamise mugavus: lüliti on suletud - avatud, transistor on avatud - suletud, kondensaator on laetud - tühjenenud, magnetmaterjal on magnetiseeritud - demagnetiseeritud, jne.
Digitaalset teavet esitatakse kahel viisil:
1) potentsiaal - väärtused «0» ja «1» vastavad madalale ja kõrgele pingele.
2) impulss — binaarsed muutujad vastavad elektriimpulsside olemasolule või puudumisele teatud ajahetkedel.