Analoga, diskreta och digitala signaler
Vilken fysisk storhet som helst kan vara konstant (om den bara har ett fast värde), diskret (om den kan ha två eller flera fasta värden) eller analog (om den kan ha ett oändligt antal värden). Alla dessa kvantiteter kan digitaliseras.
Analoga signaler
En analog signal är en signal som kan representeras av en kontinuerlig linje av en uppsättning värden som definieras vid varje tidpunkt i förhållande till tidsaxeln. Värdena på en analog signal är godtyckliga när som helst, så det kan i allmänhet representeras som en slags kontinuerlig funktion (beroende på tid som en variabel) eller som en bitvis kontinuerlig funktion av tiden.
En analog signal kan till exempel kallas en ljudsignal genererad av en spole i en elektromagnetisk mikrofon eller en akustisk rörförstärkare, eftersom en sådan signal är kontinuerlig och dess värden (spänning eller ström) skiljer sig mycket från varandra vid vilket ögonblick som helst.
Bilden nedan visar ett exempel på denna typ av analog signal.
Analoga värden kan ha en oändlig mängd olika värden inom vissa gränser. De är kontinuerliga och deras värderingar kan inte förändras med stormsteg.
Ett exempel på en analog signal: ett termoelement sänder ett analogt temperaturvärde till den programmerbara logiska styrenheten, som styr temperaturen i en elektrisk ugn med ett halvledarrelä.
Diskreta signaler
Om en signal antar slumpmässiga värden endast vid vissa tidpunkter, kallas en sådan signal diskret. Oftast används i praktiken diskreta signaler fördelade över ett enhetligt tidsnät, vars steg kallas samplingsintervallet.
En diskret signal antar vissa icke-nollvärden endast vid samplingsögonblick, det vill säga den är inte kontinuerlig, till skillnad från en analog signal. Om små delar av en viss storlek skärs ut ur en ljudsignal med jämna mellanrum kan en sådan signal kallas diskret.
Nedan är ett exempel på att generera en sådan diskret signal med ett samplingsintervall T. Observera att endast samplingsintervallet mäts, inte signalvärdena själva.
Diskreta signaler har två eller flera fasta värden (antalet av deras värden uttrycks alltid som heltal).
Ett exempel på en enkel diskret signal för två värden: aktivering av en gränslägesbrytare (omkoppling av brytarkontakterna i ett visst läge av mekanismen). Signalen från gränslägesbrytaren kan endast tas emot i två versioner - kontakten är öppen (ingen åtgärd, ingen spänning) och kontakten är sluten (det finns åtgärd, det finns spänning).
Digitala signaler
När en diskret signal bara tar några fasta värden (som kan placeras på ett rutnät med en viss tonhöjd) så att de kan representeras som en serie av kvantkvantiteter, kallas en sådan diskret signal digital. Det vill säga, en digital signal är en diskret signal som kvantiseras inte bara av tidsintervall, utan också efter nivå.
I praktiken identifieras diskreta och digitala signaler i ett antal problem och kan enkelt bestämmas som sampel med hjälp av en datorenhet.
Figuren visar ett exempel på att bilda en digital signal baserad på en analog. Observera att digitala signalvärden inte kan ha mellanliggande värden, bara specifika - heltal av steg i ett vertikalt rutnät.
En digital signal spelas enkelt in och skrivs om i minnet på datorenheter, den läses och kopieras helt enkelt utan förlust av noggrannhet, medan omskrivning av en analog signal alltid är förknippad med förlusten av någon, om än obetydlig, del av informationen.
Digital signalbehandling gör det möjligt att erhålla enheter med mycket hög prestanda på grund av utförandet av beräkningsoperationer med absolut ingen kvalitetsförlust eller med försumbar förlust.
På grund av dessa fördelar är det digitala signaler som finns överallt idag i datalagrings- och databehandlingssystem. Allt modernt minne är digitalt. Analoga lagringsmedier (som kassetter etc.) är borta sedan länge.
Analoga och digitala spänningsmätningsinstrument:
Men även digitala signaler har sina nackdelar.De kan inte sändas direkt som de är, eftersom överföringen vanligtvis sker genom kontinuerliga elektromagnetiska vågor. Därför, när du sänder och tar emot digitala signaler, är det nödvändigt att tillgripa till ytterligare modulering och analog-till-digital konvertering... Det mindre dynamiska området för digitala signaler (förhållandet mellan det största värdet och det minsta värdet), på grund av kvantiseringen av värdena längs nätverket, är en annan av deras nackdelar.
Det finns också områden där analoga signaler är oumbärliga. Analogt ljud kommer till exempel aldrig att jämföras med digitalt, så rörförstärkare och inspelningar har ännu inte gått ur modet, trots överflöd av digitala ljudinspelningsformat med de högsta samplingsfrekvenserna.