الإلكترونيات التناظرية والرقمية
تنقسم الإلكترونيات إلى التناظرية والرقمية ، مع استبدال الأخير بالتناظرية في جميع المواضع تقريبًا.
تدرس الإلكترونيات التناظرية الأجهزة التي تولد الإشارات وتعالجها بشكل مستمر بمرور الوقت.
تستخدم الإلكترونيات الرقمية إشارات متقطعة زمنيًا ، وغالبًا ما يتم التعبير عنها في شكل رقمي.
ما هي الإشارة؟ الإشارة هي شيء يحمل معلومات. الضوء والصوت ودرجة الحرارة والسرعة - كل هذه كميات فيزيائية ، لتغييرها معنى معين بالنسبة لنا: إما كعملية حياة أو كعملية تكنولوجية.
الشخص قادر على إدراك العديد من الكميات المادية كمعلومات. للقيام بذلك ، لديها محولات - أعضاء حسية تقوم بتحويل الإشارات الخارجية المختلفة إلى نبضات (والتي ، بالمناسبة ، ذات طبيعة كهربائية) تدخل الدماغ. في هذه الحالة ، يتم تحويل جميع أنواع الإشارات: الضوء والصوت ودرجة الحرارة إلى نبضات من نفس الطبيعة.
في الأنظمة الإلكترونية ، يتم تنفيذ وظائف أعضاء الحس بواسطة أجهزة استشعار (أجهزة استشعار) ، والتي تحول جميع الكميات الفيزيائية إلى إشارات كهربائية.للضوء - الخلايا الضوئية ، للصوت - الميكروفونات ، للحرارة - الثرمستور أو المزدوجة الحرارية.
لماذا بالتحديد في الإشارات الكهربائية؟ الجواب واضح ، الكميات الكهربائية عالمية لأن أي كميات أخرى يمكن تحويلها إلى كهرباء والعكس صحيح ؛ يتم نقل الإشارات الكهربائية ومعالجتها بشكل ملائم.
بعد تلقي المعلومات ، يعطي الدماغ البشري ، بناءً على معالجة هذه المعلومات ، إجراءات تحكم للعضلات والآليات الأخرى. وبالمثل ، في الأنظمة الإلكترونية ، تتحكم الإشارات الكهربائية في أنواع الطاقة الكهربائية والميكانيكية والحرارية وأنواع أخرى من الطاقة من خلال المحركات الكهربائية والمغناطيسات الكهربائية ومصادر الضوء الكهربائية.
إذن ، الخلاصة. ما فعله الإنسان سابقًا (أو لم يستطع) فعله بواسطة الأنظمة الإلكترونية: فهي تتحكم ، وتدير ، وتنظم ، وتتواصل عن بُعد ، وما إلى ذلك.
طرق تقديم المعلومات
عند استخدام الإشارات الكهربائية كناقل بيانات ، هناك شكلين ممكنين:
1) تناظرية - الإشارة الكهربائية تشبه الإشارة الأصلية في أي وقت ، أي بشكل مستمر في الوقت المناسب. تتغير درجة الحرارة والضغط والسرعة وفقًا لقانون مستمر - تقوم المستشعرات بتحويل هذه القيم إلى إشارة كهربائية تتغير وفقًا لنفس القانون (مشابه). يمكن أن تأخذ القيم الممثلة في هذا النموذج عددًا لا نهائيًا من القيم ضمن نطاق محدد.
2) إشارة منفصلة - نبضية ورقمية - هي سلسلة من النبضات يتم فيها تشفير المعلومات. في هذه الحالة ، لا يتم تشفير جميع القيم ، ولكن فقط في لحظات معينة من الوقت - أخذ عينات الإشارة.
عملية النبض - التعريض قصير المدى للإشارة يتناوب مع توقف مؤقت.
بالمقارنة مع التشغيل المستمر (التناظري) ، تتميز عملية النبض بالعديد من المزايا:
- قيم طاقة خرج كبيرة لنفس الحجم من الجهاز الإلكتروني وكفاءة أعلى ؛
- زيادة مناعة الضوضاء ودقة وموثوقية الأجهزة الإلكترونية ؛
- تقليل تأثير درجات الحرارة وتشتت معلمات الجهاز ، حيث يتم تنفيذ العمل في وضعين: "تشغيل" - "إيقاف" ؛
- تنفيذ أجهزة نبضية على عناصر أحادية النوع ، يسهل تنفيذها بطريقة التكنولوجيا المتكاملة (على الدوائر الدقيقة).
يوضح الشكل 1 أ طرق تشفير إشارة مستمرة بنبضات مستطيلة - عملية التشكيل.
تعديل اتساع النبضة (PAM) - يتناسب اتساع النبضات مع إشارة الدخل.
تعديل عرض النبض (PWM) - يتناسب عرض النبضة مع إشارة الدخل ، واتساع النبضات وترددها ثابتان.
تعديل التردد النبضي (PFM) - تحدد إشارة الدخل معدل تكرار النبضات التي لها مدة وسعة ثابتان.
الشكل 1 - أ) طرق تشفير إشارة مستمرة بنبضات مستطيلة ، ب) المعلمات الأساسية للنبضات المستطيلة
أكثر النبضات شيوعًا هي المستطيلة. يوضح الشكل 1 ب التسلسل الدوري للنبضات المستطيلة ومعلماتها الرئيسية. تتميز النبضات بالمعلمات التالية: Um - سعة النبض ؛ timp هي مدة النبض ؛ tpause - مدة التوقف المؤقت بين النبضات ؛ Tp = tp + tp - فترة تكرار النبض ؛ f = 1 / Tp - تردد تكرار النبض ؛ QH = Tp / tp - دورة عمل النبض.
إلى جانب النبضات المستطيلة في الهندسة الإلكترونية ، يتم استخدام نبضات أسنان المنشار والأسية وشبه المنحرفة والأشكال الأخرى على نطاق واسع.
الوضع الرقمي للعملية - يتم إرسال المعلومات في شكل رقم يتوافق مع مجموعة معينة من النبضات (رمز رقمي) ، ولا يلزم سوى وجود النبض أو عدم وجوده.
غالبًا ما تعمل الأجهزة الرقمية بقيمتين فقط للإشارة - صفر «0» (عادةً جهد منخفض أو بدون نبض) و «1» (عادةً مستوى الجهد العالي أو وجود موجة مربعة) ، أي يتم تقديم المعلومات في نظام رقم ثنائي.
ويرجع ذلك إلى سهولة إنشاء ومعالجة وتخزين ونقل الإشارات الممثلة في النظام الثنائي: المفتاح مغلق - مفتوح ، الترانزستور مفتوح - مغلق ، المكثف مشحون - تفريغ ، المادة المغناطيسية ممغنطة - غير ممغنطة ، الخ.
يتم تمثيل المعلومات الرقمية بطريقتين:
1) الجهد - القيمتان «0» و «1» تتوافقان مع الجهد المنخفض والعالي.
2) الدافع - المتغيرات الثنائية تتوافق مع وجود أو عدم وجود نبضات كهربائية في لحظات زمنية معينة.