Segnali analogici, discreti e digitali
Qualsiasi grandezza fisica per la natura del suo cambiamento di valore può essere costante (se ha un solo valore fisso), discreta (se può avere due o più valori fissi) o analogica (se può avere un numero infinito di valori). Tutte queste quantità possono essere digitalizzate.
Segnali analogici
Un segnale analogico è un segnale che può essere rappresentato da una linea continua di un insieme di valori definiti in ogni momento rispetto all'asse del tempo. I valori di un segnale analogico sono arbitrari in qualsiasi istante di tempo, quindi può essere generalmente rappresentato come una sorta di funzione continua (dipendente dal tempo come variabile) o come funzione continua del tempo a tratti.
Un segnale analogico può essere chiamato, ad esempio, un segnale audio generato da una bobina di un microfono elettromagnetico o un amplificatore acustico valvolare, perché tale segnale è continuo e i suoi valori (tensione o corrente) sono molto diversi tra loro a qualsiasi momento nel tempo.
La figura seguente mostra un esempio di questo tipo di segnale analogico.
I valori analogici possono avere un'infinita varietà di valori entro certi limiti. Sono continui e i loro valori non possono cambiare a passi da gigante.
Un esempio di segnale analogico: una termocoppia trasmette un valore di temperatura analogico al controllore logico programmabile, che controlla la temperatura in un forno elettrico con un relè a stato solido.
Segnali discreti
Se un segnale assume valori casuali solo in determinati momenti nel tempo, allora tale segnale viene chiamato discreto. Molto spesso, in pratica, vengono utilizzati segnali discreti distribuiti su una griglia temporale uniforme, il cui passo è chiamato intervallo di campionamento.
Un segnale discreto assume determinati valori diversi da zero solo nei momenti di campionamento, cioè non è continuo, a differenza di un segnale analogico. Se piccole parti di una certa dimensione vengono ritagliate da un segnale sonoro a intervalli regolari, tale segnale può essere definito discreto.
Di seguito è riportato un esempio di generazione di un segnale così discreto con un intervallo di campionamento T. Si noti che viene misurato solo l'intervallo di campionamento, non i valori del segnale stesso.
I segnali discreti hanno due o più valori fissi (il numero dei loro valori è sempre espresso come numeri interi).
Un esempio di semplice segnale discreto per due valori: attivazione di un finecorsa (commutazione dei contatti dell'interruttore in una certa posizione del meccanismo). Il segnale dal finecorsa può essere ricevuto solo in due versioni: il contatto è aperto (nessuna azione, nessuna tensione) e il contatto è chiuso (c'è azione, c'è tensione).
Segnali digitali
Quando un segnale discreto assume solo alcuni valori fissi (che possono essere collocati su una griglia con un certo passo) in modo che possano essere rappresentati come una serie di quantità quantistiche, tale segnale discreto viene chiamato digitale. Cioè, un segnale digitale è un segnale discreto quantizzato non solo per intervalli di tempo, ma anche per livello.
In pratica, i segnali discreti e digitali sono identificati in una serie di problemi e possono essere facilmente determinati come campioni utilizzando un dispositivo informatico.
La figura mostra un esempio di formazione di un segnale digitale basato su uno analogico. Si noti che i valori del segnale digitale non possono assumere valori intermedi, solo specifici: numero intero di passaggi in una griglia verticale.
Un segnale digitale viene facilmente registrato e riscritto nella memoria dei dispositivi informatici, viene semplicemente letto e copiato senza perdita di accuratezza, mentre la riscrittura di un segnale analogico è sempre associata alla perdita di una parte, seppur insignificante, dell'informazione.
L'elaborazione digitale del segnale consente di ottenere dispositivi con prestazioni molto elevate grazie all'esecuzione di operazioni computazionali senza alcuna perdita di qualità o con perdita trascurabile.
A causa di questi vantaggi, oggi i segnali digitali sono onnipresenti nei sistemi di archiviazione ed elaborazione dei dati. Tutta la memoria moderna è digitale. I supporti di memorizzazione analogici (come cassette, ecc.) sono ormai lontani.
Strumenti di misura della tensione analogici e digitali:
Ma anche i segnali digitali hanno i loro svantaggi.Non possono essere trasmessi direttamente così come sono, perché la trasmissione avviene solitamente attraverso onde elettromagnetiche continue. Pertanto, durante la trasmissione e la ricezione di segnali digitali, è necessario ricorrere a alla modulazione aggiuntiva E conversione analogico-digitale... La minore gamma dinamica dei segnali digitali (il rapporto tra il valore più grande e il valore più piccolo), dovuta alla quantizzazione dei valori lungo la rete, è un altro dei loro svantaggi.
Ci sono anche aree in cui i segnali analogici sono indispensabili. Ad esempio, il suono analogico non sarà mai paragonato al digitale, quindi gli amplificatori e le registrazioni a valvole non sono ancora passati di moda, nonostante l'abbondanza di formati di registrazione audio digitale con le frequenze di campionamento più elevate.