Vad betyder analog och digital signal

Analog elektronik behandlar tidskontinuerliga signaler, mot skillnad ifrån digitalteknik vilket behandlar tidsdiskreta signaler.

Begreppen analog samt analog elektronik kommer ifrån 1930-talets analogimaskiner (där analogi existerar detta grekiska termen till liknande, överensstämmande).

Även termen operationsförstärkare härstammar ifrån analogimaskiner (ibland kallade analoga datorer).

Analoga signaler

[redigera | redigera wikitext]

En motsvarande meddelande använder något en egenskap eller ett kännetecken hos mediet på grund av för att förmedla signalens data. mot modell använder enstaka barometer vinkelpositionen hos ett nål på grund av för att förmedla data ifall förändringar inom atmosfärstryck.^[1] Elektriska signaler är kapabel företräda resultat genom för att ändra sin spänning, ström, frekvens alternativt laddningsmängd.

resultat omvandlas ifrån enstaka fysikalisk form eller gestalt (såsom ljud, ljus, temperatur, tryck, position) mot enstaka elektrisk meddelande ifrån ett givare vilket omvandlar ett typ från energi mot enstaka ytterligare (som mot modell hos ett mikrofon).

Signalerna äger något värde ifrån en självklart intervall samt varenda unikt signalvärde representerar olika nivåer från upplysning.

varenda förändring inom signalen existerar meningsfull samt varenda nivå från signalen representerar en tillåtelse hos signalens källa. Antag mot modell för att signalen används till för att företräda temperatur, var ett volt representerar ett grad Celsius. inom en sådant struktur skulle 10 volt företräda 10 grader samt 10,1 volt skulle företräda 10,1 grader.

En ytterligare teknik till för att förmedla enstaka motsvarande meddelande existerar för att nyttja modulering. inom detta fall förändras enstaka bärvågssignals egenskaper: nära am (modulering) (AM) ändrar informationskällan amplituden hos ett sinusformad spänningsvågform, nära frekvensmodulering (FM) ändrar källan frekvensen.

tillsammans med andra tekniker, såsom fasmodulering, ändras bärvågssignalens fas.

Under ett motsvarande ljudinspelning påverkar luftens tryckvariationer enstaka mikrofon, likt skapar enstaka motsvarande variation inom den ström vilket passerar genom mikrofonen alternativt hos den spänning liksom ligger ovan mikrofonen.

Differentialförstärkare

[redigera | redigera wikitext]

Många elektroniska enheter använder internt differentialförstärkare. Utsignalen ifrån ett ideal differentialförstärkare ges från

där samt existerar inmatningsspänningarna samt existerar den differentiella förstärkningen.

I praktiken existerar förstärkningen på grund av dem numeriskt värde ingångarna olika, vilket mot modell innebär för att angående samt existerar lika, kommer utsignalen ej för att existera noll vilket inom detta ideala fallet.

en mer realistiskt formulering till utsignalen ifrån enstaka relaterad till differentialer förstärkare innehåller därför enstaka andra term:

där kallas common-mode-förstärkning (av spänningar såsom kommer in lika vid båda ingångarna) hos förstärkaren.

Eftersom differtialförstärkare ofta används på grund av för att minska brus alternativt offsetspänningar likt förekommer hos båda insignalerna, existerar enstaka nedsänkt common-mode-förstärkning vanligtvis önskvärd.

PID-kretsar

[redigera | redigera wikitext]

Detta del behandlar elementär kretsar likt används inom bland annat PID-regulatorer. ett PID-regulator modifierar ett insignal vid tre sätt: genom proportionell förstärkning (P), integrering (I) samt derivering (D).

Summator

[redigera | redigera wikitext]

En summators utsignal existerar ett viktad summa från ingångssignalerna U₁...U_n.

detta går för att variera insignalernas relativa inverkan genom för att välja olika motstånd, R₁...R_n, på grund av ingångarna (se bild). Summeringen sker ovan ett virtuell mark då förstärkarens positiva inträde existerar jordad, vilket eliminerar överhörning mellan insignalerna samt varenda signals bidrag kunna beräknas såsom på grund av ett operationsförstärkare inom inverterande koppling (se signalförstärkning).

Den viktade utsignalen på grund av n insignaler existerar

Integrator

[redigera | redigera wikitext]

Integrerar (och inverterar) insignalen V_in(t) ovan en tidsintervall t, t₀ < t < t₁, samt ger enstaka utspänning nära tiden t = t₁ från

därV_out(t₀) representerar kretsens utspänning nära tidpunkten t =  t₀, vilket existerar detsamma såsom för att utspänningen ändras beneath tiden t₀ < t < t₁ tillsammans en belopp jämnt fördelat mot tidsintegralen från insignalens spänning:

Kretsen kunna ses liksom en lågpassfilter tillsammans med enstaka lätt komplex pol nära 0 Hz.

I praktiska applikationer uppstår enstaka avgörande svårighet: angående ej kondensatorn C urladdas periodiskt, är kapabel spänningen komma för att successiv driva utanför operationsförstärkarens operativa region. Orsaken mot driften kunna mot modell artikel för att insignalen V_in äger enstaka DC-komponent.

Något mer komplicerade kretsar är kapabel eliminera detta bekymmer, mot modell är kapabel enstaka resistor parallellkopplas tillsammans med kondensatorn.

Differentiator

[redigera | redigera wikitext]

En differentiatorkrets består från ett operationsförstärkare, enstaka resistor samt ett kondensator använd vid ingångssidan. Kretsen bygger vid kondensatorns samband mellan ström samt spänning:

där I existerar strömmen genom kondensatorn, C existerar kondensatornskapacitans samt V existerar spänningen ovan kondensatorn.

Strömmen genom kondensatorn existerar proportionell mot spänningens derivata. Denna ström förmå sedan förbindas tillsammans med enstaka resistor vilken ger relationen mellan ström samt spänning:

där R existerar resistorns resistans.

Operationsförstärkarens inträde besitter enstaka många upphöjd impedans, vilket utför för att kurera insignalströmmen måste passera R.

Om V_out existerar spänningen ovan resistorn samt V_in existerar spänningen ovan kondensatorn, går detta för att arrangera ifall dessa numeriskt värde ekvationer mot

Två saker förmå noteras:

• Utsignalen existerar proportionell mot insignalens tidsderivata; förstärkaren fungerar vilket ett differentiator
• Ekvationen ovan existerar oberoende från signalens frekvens

Således, beneath ideala omständigheter, existerar spänningen ovan resistorn proportionell mot derivatan från spänningen ovan kondensatorn tillsammans förstärkningsfaktorn RC.

Begränsare

[redigera | redigera wikitext]

Begränsare (eng. limiters) används exempelvis då ett motsvarande ingångssignal bör anpassas mot digitala nivåer såsom TTL. Den vänstra begränsaren utgörs från enstaka lätt zenerdiod (D₁) vilket mot modell kunna existera vid 4,7 V vilket då skulle ge ett digital meddelande motsvarande -0,7 V mot +4,7 V.

Observera för att kopplingen innehåller enstaka förstärkning då zenerdioden existerar högimpediv mot dess den börjar leda vilket innebär för att ingången ej behöver artikel speciellt massiv på grund av för att generera TTL-nivåer ut. Nackdelen tillsammans denna koppling existerar för att zenerdioden existerar kapacitiv samt därmed långsam.

i enlighet med källitteraturen fungerar den bara upp mot nåt hundratal frekvens. Den högra begränsaren löser problemet genom för att inom stället utnyttja enstaka snabb nivåskiftare alternativt Vbe-multiplier realiserad tillsammans hjälp från T₁. D₂ kunna denna plats även existera enstaka snabbare Schottkydiod vilket samtidigt begränsar detta negativa svinget mot typiskt -0,3 V.

Källitteraturen påstår för att denna begränsare fungerar upp mot ovan 100 kHz.

OP tillsammans med lätt matningsspänning

[redigera | redigera wikitext]

Principen till för att behärska nyttja operationsförstärkare nära lätt matningsspänning existerar egentligen väldigt lätt. detta viktigaste existerar för att man lyfter operationsförstärkarens DC-arbetsområde genom för att helt enkelt spänningsdela tillsammans med dem numeriskt värde R-motstånden samt vid därför sätt tillföra ett konstgjord nolla inom struktur från halva drivspänningen vid referensingången, detta önskar yttra plusingången.

vilket man sedan bara måste tänka vid existerar för att referensnivån ej längre existerar noll volt utan halva matningsspänningen. Detta får mot resultat för att DC-blockerande kondensatorer (C₁ samt C₂) måste användas.

Analog circuits can be very elegant and fast, but require more knowledge than digital circuits, which are typically easier to work with, but often more costly

Detta får inom sin tur mot resultat för att förstärkarna bara kunna förstärka AC-signaler (detta existerar dock ej helt sant till ifall matningsspänningen existerar galvaniskt skild ifrån inkommande samt utgående enheter är kapabel den konstgjorda nollan användas vilket den existerar. Då behövs ej kondensatorerna samt man kunna således förstärka även DC.

Den enda begränsningen existerar för att utgången ej är kapabel dra alternativt sänka speciellt många ström genom den konstgjorda nollan, dock detta förmå kringgås.

Det bör sägas lite angående kondensatorn C₃. i enlighet med källitteraturen bör återkopplingsslingan (R₁ - R₂) äga enstaka separat kondensator samt eventuellt ett ytterligare kondensator ovan spänningsdelningen (men bara angående matningen existerar uselt reglerad).

Den övre förstärkarens funktion äger dock verifierats ok på grund av såsom den existerar ritad. inom fallet inverterande koppling, detta önskar yttra den nedre kopplingen, behövs C₃ bara angående matningen existerar uselt reglerad. inom övrigt vet oss ju för att matningsvariationer annars undertrycks från operationsförstärkarens PSRR.

Kondensatorerna C₁ samt C₂ väljes vid nästa sätt.

säga för att man existerar intresserad från för att bygga enstaka god AF-förstärkare. eftersom dem blir från karaktären högpassfilter noterar man för att lägsta intressanta frekvens existerar 20 Hz. Man förmå emellertid visa för att då detta gäller enkla RC-länkar sålunda påverkas polen alternativt nollstället bara tillsammans 0,5 dB angående brytfrekvensen ligger ett halv dekad (det önskar yttra cirka 3 ggr) ifrån önskad frekvens.

Man väljer alltså 7 Hz såsom nedre gränsfrekvens samt designar i enlighet med

där R existerar R₃, R₁respektive R_L.

Basala spänningsregleringskretsar

[redigera | redigera wikitext]

Spänningsreglering kunna ske vid flera olika sätt, bland annat linjärt alternativt switchat. då detta gäller switchade spänningsregulatorer existerar detta egentligen ett hel vetenskap på grund av sig samt dem äger blomstrat dem senaste år vid bas från för att snabba transistorer blivit tillgängliga samt på grund av för att dem existerar billiga för att tillverka.

Analog signals are continuous and represent physical quantities directly, while digital signals are discrete and use binary numbers to represent information

Fördelen tillsammans switchade spänningsregulatorer existerar för att dem äger högre verkningsgrad då förlusterna mer alternativt mindre enbart beror vid hur snabba transistorerna existerar. dem balanserar dessutom mindre då dem eliminerar nödvändigheten från för att nyttja transformator (med dito bland annat kopparförluster).

Linjär spänningsregulator

[redigera | redigera wikitext]

Spänningsregulatorer förmå realiseras diskret tillsammans med hjälp från transistorer samt alternativt tillsammans med hjälp från enstaka integrerad krets (LM317).

Dessa kretsar existerar utåt sett väldigt lika dock besitter självklart helt olika arkitektur. LM317 bygger exempelvis vid ett stadig referensspänning vid 1,25 V vilket den förmå förstärka i enlighet med

Den diskreta bygger vid sätt samt vis även vid ett referensspänning. Dock ej lika stadig. Den utnyttjar nämligen ett Vbe-multiplier (T₂) på grund av för att reglera spänningen tillsammans hjälp från enstaka potentiometer, P.

Båda kretslösningarna besitter överströmsskydd (LM317 äger även termiskt skydd). Överströmsskyddet hos den diskreta kretsen består inom PNP-transistorn T₃ likt börjar leda då spänningen (på bas från utströmmen) ovan R₂ blir typiskt 0,7 V. då detta sker kopplas kvarvarande ström ner mot basen vid T₂ liksom bottnar samt drar effektivt utgången mot 0 V.

T₁ existerar tillsammans fördel enstaka Darlingtontransistor till detta utför för att R₁ ej behöver existera därför litet (för massiv ström ut).

Understanding the difference between analog and digital signals is crucial for anyone working with electronic systems or studying electronics and communication

För negativ spänningsreglering kunna man nyttja LM337.

Switchad spänningsregulator

[redigera | redigera wikitext]

Principen på grund av enstaka switchad spänningsregulator existerar egentligen enstaka astabil multivibrator tillsammans varierbart pulsbreddsförhållande. Potentiometern P1 reglerar alltså pulsbreddsförhållandet tillsammans med hjälp från dioderna D1 samt D2.

T1 samt T2 existerar komplementära effekttransistorer liksom skyddas, tillsammans med hjälp från D3 samt D4, mot induktiva spikar ifrån spolen L1 då den switchas från samt vid. RLmax existerar en lagom stort motstånd likt reaktansen hos L1 behöver artikel större än.

Reaktansen hos kondensatorn C2 behöver samtidigt existera mindre än minsta tänkbara gods. Detta utför nämligen därför för att utkommande fyrkantsvåg medelvärdesbildas mot likström.

Eftersom oss är kapabel switcha vid ganska upphöjd frekvens (lämpligen högre än detta hörbara) därför blir dem medelvärdesbildande komponenterna små. Speciellt angående man betänker fouriertransformen från enstaka ideal fyrkantvåg likt ju innehåller udda övertoner inom all oändlighet (dock existerar amplituden hos dessa övertoner snabbt avtagande vilket fullfölja för att man bör beräkna reaktansen hos komponenterna nära grundtonen ändå).

Spänningsutökare

[redigera | redigera wikitext]

En spänningsutökare alternativt step-up converter består inom bas samt botten från ett spänningsregulator samt enstaka astabil multivibrator likt switchar enstaka transistor från samt vid runt enstaka spole, L, samt enstaka kondensator, C, samt några dioder.

Dioden D1 existerar ej essentiell på grund av funktionen då den bara begränsar eventuell negativ inspänning. D2 däremot existerar ett zenerdiod vilket begränsar den induceradespänningen uppåt. D3 likriktar samt ser därmed mot sålunda för att transistorn, T, ej överbelastas då den switchas vid.

Analoga signaler är kontinuerliga och representerar data som en varierande spänning eller ström, medan digitala signaler är diskreta och representerar data som binär kod (0:or och 1:or) för digital bearbetning och överföring

Kretsen bygger vid för att inom ett spole orsakas ett emk, e, enligt:

Volt

där L existerar spolens induktans inom Henry (eller Vs/A).

I lekmannatermer förmå man titta detta likt för att spolen avskyr strömförändringar (di/dt) samt reagerar tillsammans enstaka motemk (e) liksom existerar proportionell mot hur snabbt strömmen ändrar sig.

inom detta på denna plats fallet besitter oss för att utföra tillsammans tämligen snabba strömförändringar likt maximalt begränsas från hur snabbt transistorn förmå stänga från sig (tf) samt självklart från hur snabbt den existerar driven från den astabila multivibratorn.

Exempel

[redigera | redigera wikitext]

Vi säger för att avstängningstiden, tf, överväger samt existerar vid 100 nanosekunder.

angående oss då besitter enstaka spänningsregulator (eller enstaka strömgenerator) likt maximalt kunna skicka 1 Ampere samt ett spole vid säga 1 milliHenry får oss enstaka inducerad emk (när oss stänger från kretsen) vid

kiloVolt

Härledning

[redigera | redigera wikitext]

Från Faradays team äger vi:

Volt

där

Weber (eller Voltsekund)

Från Biot–Savarts team besitter oss för att flödestätheten, B, existerar proportionell mot strömmen, inom, varför oss är kapabel skriva:

Vilket utför för att

Hybridkretsar

[redigera | redigera wikitext]

Detta segment behandlar kretsar vilket används inom analoga samt digitalagränssnitt alternativt existerar både analoga samt digitala.

R-2R resistorstege (DAC)

[redigera | redigera wikitext]

Ett R–2R resistornätverk framträda inom figur 1.

Analog elektronik behandlar tidskontinuerliga signaler, till skillnad från digitalteknik som behandlar tidsdiskreta signaler

Bit D₃ (den maximalt signifikanta angripen, MSB) mot D₀ (den minimalt signifikanta angripen, LSB) drivs ifrån logiska digitala utgångar. Idealt, existerar ingångarna varierade mellan V = 0 samt V = V_ref. R–2R nätverket orsakar för att dessa bitar vägs inom förhållande mot deras bidrag mot utsignalen V_out.

Beroende vid vilka bitar såsom existerar satta mot 1 samt vilka liksom existerar satta mot 0, kommer utspänningen (V_out) för att äga en stegvärde mellan 0 samt V_ref minus värdet från detta minsta steget, motsvarande bit 0. detta verkliga värdet vid V_ref (och spänningen på grund av 1 bit) beror vid den teknologi vilket används på grund av för att generera dem digitala signalerna.

För en digitalt värde omröstning, på grund av enstaka R–2R DAC tillsammans med N bits and 0 V/V_ref logiska nivåer, existerar V_out

V_out = V_ref × omröstning / 2^N.

Till modell, angående N = 5 (och således 2^N = 32) samt V_ref = 3,3 V (typisk CMOS logik existerar 1 volt), då kommer V_out för att variera mellan 0 volt (VAL = 0 = 00000₂) samt detta största värdet (VAL = 31 = 11111₂):

max V_out = 3,3 × 31 / 2⁵ = 3,196875 volt

med stegen (motsvarande omröstning = 1 = 00001₂)

ΔV_out = 3,3 × 1 / 32 = 0,103125 volt

R–2R-stegen existerar prisvärd samt relativt enkel för att tillverka, då endast numeriskt värde resistorvärden behövs.

Den existerar snabb samt äger ett fix utgångsimpedans R. R–2R-stegen opererar såsom enstaka resultat från strömdelare vars utgångsnoggrannhet endast beror från hur väl varenda resistor matchar dem övriga. Små skillnader inom noggrannhet till MSB-resistorerna förmå leda mot avvikelser såsom existerar från identisk storlek (eller större) liksom bidraget ifrån LSB-resistorerna.

Detta förmå leda mot icke-monotont beteende nära övergångar tillsammans med stora ändringar från bitmöstret, liknande vilket 01111₂ mot 10000₂. Beroende vid den nyttja typen från logiska kretselement, är kapabel transienta "spikar" inträffa nära liknande övergångar även tillsammans ideala resistorvärden. Denna typ från DAC existerar begränsad mot en fåtal bitar.

Trots för att integrerade kretsar är kapabel äga upp mot 14 bitar alternativt mot samt tillsammans med fler, existerar 8 bitar alternativt färre mera typiskt.

Flash converter

[redigera | redigera wikitext]

En "Flash converter" existerar ett extremt snabb motsvarande mot digital-omvandlare, A/D-omvandlare. på grund av åtta bitars omvandling består den från läka 255 diskretakomparatorer likt alltså ligger samt känner från ifall insignalen existerar ovan alternativt beneath en visst värde vilket bestäms från resistorerna R.

Värdet omvandlas sedan tillsammans hjälp från ett omkodare mot binärkod. en lista sparar värdet mot dess man önskar en nytt (vanligtvis nästa positiva flank hos klockpulsen CP). E representerar önskat omvandlingsområde såsom mot modell 5 V. A existerar den analoga insignalen.

POR (Power-On-Reset)

[redigera | redigera wikitext]

Kretsar liknande POR-kretsen användes bland annat inom processorer på grund av för att säkerställa för att början nära spänningspåslag sker vid korrekt lokal inom programminnet alternativt hårddisken.

Speciellt måste programräknaren (PC) placeras mot riktig plats (resetvektorn) då datorn kämpa vid, annars går operativsystemet vilse.

POR-kretsen utgörs från en enkelt RC-filter var kondensatorn C börjar laddas upp i enlighet med

när spänningen kämpa vid (motståndet 10R finns var till för att möjliggöra relativt snabba återstarter). Grinden G₁ existerar ett inverterare lämpligen tillsammans Schmittrigger-ingång såsom känner från då spänningen existerar typiskt halva drivspänningen samt går då nedsänkt.

Signalen går sedan in inom ett spikbildare vars utsignal förmå användas såsom POR-signal.

För för att undvika för att spiken blir till små rekommenderas för att ett kondensator, C2, monteras.

detta äger demonstrerat sig för att HC-MOS ger enstaka spik vid cirka 1 µs nära 10 nF. Olastad grindfördröjning besitter nyligen^[när?] uppmätts mot cirka 10 ns vilket ger ett teoretisk maxfrekvens till vår HC-MOSCPU vid 50 MHz.

Monostabil multivibrator

[redigera | redigera wikitext]

En monostabil vippa, mono-vippa alternativt multivibrator besitter bara en stabilt tillåtelse (vanligtvis låg).

angående oss antar för att Vo2 samt alkoholhaltig existerar låga således existerar Vo1 upphöjd samt kondensatorn oladdad. då sedan alkoholhaltig går upphöjd går Vo1 nedsänkt samt uppladdning från kondensatorn C startar.

Skillnaden mellan analoga och digitala signaler

Vx får utseendet:

där U(0)=Vdd.

För för att härleda uttrycket på grund av hur länge Vo2 existerar upphöjd antar oss för att omslag hos G2 sker nära tiden T samt oss får:

alternativt

Tar oss logaritmen från båda sidor får vi:

där V_T normalt existerar Vdd/2 vilket resulterar i:

Three-state

[redigera | redigera wikitext]

Inverterare tillsammans sålunda kallad three-state-utgång besitter en tredjeplats tillåtelse, förutom upphöjd samt nedsänkt, likt existerar upphöjd impedans.

Detta möjliggör nämligen för att flera kretsar är kapabel dela vid identisk kollektivtrafik samt för att man tillsammans enstaka meddelande kallad OE (Output Enable) förmå styra angående kretsen bör lämna uppgifter alternativt existera passiv. till för att kretsen bör behärska lämna information behövs för att signalen OE existerar upphöjd.

då den existerar nedsänkt således leder nämligen D1 samt D2 vilket får mot resultat för att samtliga transistorer (T2-T4) stryps samt utgången blir högimpediv. Styrsignalen skulle även behärska kallas CS (Chip Select) även ifall CS normalt innebär ett adressarea var mot modell en ROM existerar aktivt samt är kapabel läsas.

Se även

[redigera | redigera wikitext]

Källor

[redigera | redigera wikitext]

• Millman Jacob, Grabel Arvin, Microelectronics, Second Edition, 1988, Singapore
• Walter G.

  Jung, Audio IC Op-Amp Applications, Third Edition, 1987, Indianapolis

Noter

[redigera | redigera wikitext]