Elettronica analogica e digitale

L'elettronica è divisa in analogico e digitale, con quest'ultimo che sostituisce l'analogico in quasi tutte le posizioni.

L'elettronica analogica studia i dispositivi che generano ed elaborano segnali continuamente nel tempo.

L'elettronica digitale utilizza segnali tempo-discreti, spesso espressi in forma digitale.

Cos'è un segnale? Un segnale è qualcosa che trasporta informazioni. Luce, suono, temperatura, velocità: tutte queste sono quantità fisiche, il cui cambiamento ha un certo significato per noi: o come processo vitale o come processo tecnologico.

Una persona è in grado di percepire molte quantità fisiche come informazioni. Per fare ciò, dispone di trasduttori - organi sensoriali che convertono vari segnali esterni in impulsi (che, tra l'altro, sono di natura elettrica) che entrano nel cervello. In questo caso, tutti i tipi di segnali: luce, suono e temperatura vengono convertiti in impulsi della stessa natura.

Nei sistemi elettronici, le funzioni degli organi di senso sono svolte da sensori (sensori), che convertono tutte le grandezze fisiche in segnali elettrici.Per la luce — fotocellule, per il suono — microfoni, per la temperatura — un termistore o una termocoppia.

Perché proprio nei segnali elettrici? La risposta è ovvia, le quantità elettriche sono universali perché qualsiasi altra quantità può essere convertita in elettrica e viceversa; i segnali elettrici vengono opportunamente trasmessi ed elaborati.

Dopo aver ricevuto informazioni, il cervello umano, sulla base dell'elaborazione di queste informazioni, dà azioni di controllo ai muscoli e ad altri meccanismi. Allo stesso modo, nei sistemi elettronici, i segnali elettrici controllano l'energia elettrica, meccanica, termica e di altro tipo attraverso motori elettrici, elettromagneti, fonti di luce elettrica.

Quindi, la conclusione. Ciò che prima faceva (o non poteva) l'uomo lo fanno i sistemi elettronici: controllano, gestiscono, regolano, comunicano a distanza, ecc.

Modalità di presentazione delle informazioni

Quando si utilizzano segnali elettrici come supporto dati, sono possibili due forme:

1) analogico: il segnale elettrico è simile a quello originale in qualsiasi momento, ad es. continuamente nel tempo. Temperatura, pressione, velocità cambiano secondo una legge continua: i sensori convertono questi valori in un segnale elettrico che cambia secondo la stessa legge (simile). I valori rappresentati in questo modulo possono assumere un numero infinito di valori all'interno di un intervallo specificato.

2) un segnale separato — impulsivo e digitale — è una serie di impulsi in cui le informazioni sono codificate. In questo caso, non tutti i valori sono codificati, ma solo in determinati momenti: campionamento del segnale.

Funzionamento a impulsi: l'esposizione a breve termine del segnale si alterna a una pausa.

Rispetto al funzionamento continuo (analogico), il funzionamento a impulsi presenta numerosi vantaggi:

— grandi valori di potenza di uscita per lo stesso volume di dispositivo elettronico e maggiore efficienza;

— aumentare l'immunità al rumore, la precisione e l'affidabilità dei dispositivi elettronici;

— riduzione dell'influenza delle temperature e dispersione dei parametri del dispositivo, poiché il lavoro viene svolto in due modalità: "on" — "off";

— implementazione di dispositivi a impulsi su elementi di tipo singolo, facilmente implementabili con il metodo della tecnologia integrale (su microcircuiti).

La Figura 1a mostra i metodi di codifica di un segnale continuo con impulsi rettangolari: il processo di modulazione.

Pulse-Amplitude Modulation (PAM): l'ampiezza degli impulsi è proporzionale al segnale di ingresso.

Modulazione di larghezza di impulso (PWM) — l'ampiezza dell'impulso tpulse è proporzionale al segnale di ingresso, l'ampiezza e la frequenza degli impulsi sono costanti.

Pulse-Frequency Modulation (PFM): il segnale di ingresso determina la frequenza di ripetizione degli impulsi che hanno durata e ampiezza costanti.

Figura 1 — a) Metodi di codifica di un segnale continuo con impulsi rettangolari, b) Parametri di base di impulsi rettangolari

Gli impulsi più comuni sono rettangolari. La Figura 1b mostra una sequenza periodica di impulsi rettangolari e i loro parametri principali. Gli impulsi sono caratterizzati dai seguenti parametri: Um — ampiezza dell'impulso; timp è la durata dell'impulso; tpause — la durata della pausa tra gli impulsi; Tp = tp + tp — periodo di ripetizione dell'impulso; f = 1 / Tp — frequenza di ripetizione dell'impulso; QH = Tp / tp — ciclo di lavoro dell'impulso.

Insieme agli impulsi rettangolari nell'ingegneria elettronica, sono ampiamente utilizzati impulsi di forme a dente di sega, esponenziali, trapezoidali e di altro tipo.

Modalità di funzionamento digitale: le informazioni vengono trasmesse sotto forma di un numero che corrisponde a un determinato insieme di impulsi (codice digitale) e solo la presenza o l'assenza di un impulso è essenziale.

I dispositivi digitali funzionano molto spesso con solo due valori di segnale: zero «0» (solitamente bassa tensione o nessun impulso) e «1» (solitamente livello di alta tensione o presenza di un'onda quadra), ad es. le informazioni sono presentate in un sistema numerico binario.

Ciò è dovuto alla comodità di creare, elaborare, memorizzare e trasmettere segnali rappresentati nel sistema binario: l'interruttore è chiuso - aperto, il transistor è aperto - chiuso, il condensatore è carico - scarico, il materiale magnetico è magnetizzato - smagnetizzato, ecc.

L'informazione digitale è rappresentata in due modi:

1) potenziale — i valori «0» e «1» corrispondono a bassa e alta tensione.

2) impulso: le variabili binarie corrispondono alla presenza o all'assenza di impulsi elettrici in determinati momenti del tempo.