Անալոգային էլեկտրոնիկա
| Ենթակատեգորիա | • մեթոդ • տեխնիկա • Էլեկտրոնիկա | |
|---|---|---|
| Մասն է | analog electronic circuit | |
| Բնութագրվում է | analog signal | |
| Հակառակը | digital electronics | |
Անալոգային էլեկտրոնիկա, իրենից ներկայացնում է անընդհատ փոփոխական ազդանշանով էլեկտրոնային համակարգեր, ի տարբերություն թվային էլեկտրոնիկայի, որտեղ ազդանշանները սովորաբար ունենում են միայն երկու մակարդակ: Անալոգ տերմինը նկարագրում է ազդանշանի և լարման կամ հոսանքի միջև համաչափ կապը, որը ներկայացնում է ազդանշանը: Անալոգ բառը ծագել է հունարեն ανάλογος analogos բառից, որը նշանակում է համամասնական[1]։
Անալոգային ազդանշաններ
[խմբագրել | խմբագրել կոդը]Անալոգային ազդանշանն օգտագործում է ստացողի որոշ հատկանիշ՝ ազդանշանի տեղեկատվությունը փոխանցելու համար: Օրինակ, աներոիդ բարոմետրը օգտագործում է ասեղի անկյունային դիրքը կծկվող և ընդլայնվող տուփի վերևում որպես ազդանշան մթնոլորտային ճնշման փոփոխությունների մասին տեղեկատվությունը փոխանցելու համար[2]։ Էլեկտրական ազդանշանները կարող են տեղեկատվություն ներկայացնել՝ փոխելով իրենց լարումը, հոսանքը, հաճախականությունը կամ ընդհանուր լիցքը: Տեղեկատվությունը որոշ այլ ֆիզիկական ձևից (օրինակ՝ ձայնը, լույսը, ջերմաստիճանը, ճնշումը, դիրքը) փոխակերպվում է էլեկտրական ազդանշանի փոխակերպիչի միջոցով, որը փոխակերպում է էներգիայի մի տեսակը մյուսի (օրինակ՝ խոսափողը)[3]:
Ազդանշանները վերցնում են ցանկացած արժեք տվյալ տիրույթից, և յուրաքանչյուր եզակի ազդանշանի արժեք ներկայացնում է տարբեր տեղեկություններ: Ազդանշանի ցանկացած փոփոխություն իմաստալից է, և ազդանշանի յուրաքանչյուր մակարդակ ներկայացնում է այն երևույթի տարբեր մակարդակը, որը նա ներկայացնում է: Օրինակ, ենթադրենք, որ ազդանշանն օգտագործվում է ջերմաստիճանը ներկայացնելու համար, իսկ մեկ վոլտը ներկայացնում է Ցելսիուսի մեկ աստիճան: Նման համակարգում 10 վոլտը կներկայացնի 10 աստիճան, իսկ 10,1 վոլտը՝ 10,1 աստիճան:
Անալոգային ազդանշանի փոխանցման մեկ այլ մեթոդ մոդուլյացիայի օգտագործումն է: Սրանում բազային կրիչի որոշ ազդանշան ունի իր հատկություններից մեկը փոփոխված ամպլիտուդի մոդուլյացիան (AM) ներառում է սինուսոիդային լարման ալիքի ամպլիտուդի փոփոխություն աղբյուրի տեղեկատվության միջոցով, հաճախականության մոդուլյացիան (FM) փոխում է հաճախականությունը: Օգտագործվում են նաև այլ մեթոդներ, ինչպիսիք են փուլային մոդուլյացիան կամ փոխադրող ազդանշանի փուլը [4]:
Անալոգային ձայնագրության մեջ խոսափողին դիպչող ձայնի ճնշման փոփոխությունը ստեղծում է դրա միջով անցնող հոսանքի կամ դրա վրայով լարման համապատասխան փոփոխություն: Ձայնի ծավալի մեծացումը հանգեցնում է հոսանքի կամ լարման տատանումների համաչափ մեծացմանը՝ պահպանելով նույն ալիքի ձևը:
Մեխանիկական, օդի ճնշմամբ գործող, հիդրավլիկ և այլ համակարգեր կարող են նաև օգտագործել անալոգային ազդանշաններ:
Սեփական աղմուկ
[խմբագրել | խմբագրել կոդը]Անալոգային համակարգերը մշտապես ներառում են աղմուկ, որը պատահական խանգարումներ կամ տատանումներ է, որոշները առաջանում են ատոմային մասնիկների պատահական ջերմային թրթռումներից: Քանի որ անալոգային ազդանշանի բոլոր տատանումները նշանակալի են, ցանկացած խանգարում համարժեք է սկզբնական ազդանշանի փոփոխությանը և, հետևաբար, հայտնվում է որպես աղմուկ [5]: Երբ ազդանշանը պատճենվում և կրկնօրինակվում է, կամ փոխանցվում է երկար հեռավորությունների վրա, այս պատահական տատանումները դառնում են ավելի նշանակալի և հանգեցնում ազդանշանի դեգրադացման: Աղմուկի այլ աղբյուրները կարող են ներառել այլ ազդանշաններից կամ վատ նախագծված բաղադրիչներից առաջացած զրպարտությունը: Այս խանգարումները կրճատվում են պաշտպանությամբ և ցածր աղմուկի ուժեղացուցիչների (LNA) օգտագործմամբ[6]։
Անալոգայինն ընդդեմ թվային էլեկտրոնիկայի
[խմբագրել | խմբագրել կոդը]
Քանի որ անալոգային և թվային էլեկտրոնիկայի մեջ տեղեկատվությունը տարբեր կերպ է կոդավորված, հետևաբար նրանց կողմից ազդանշանի մշակման ձևը տարբեր է: Բոլոր գործողությունները, որոնք կարող են կատարվել անալոգային ազդանշանի վրա, ինչպիսիք են ուժեղացումը, զտումը, սահմանափակումը և այլն, կարող են նաև կրկնօրինակվել թվային տիրույթում: Յուրաքանչյուր թվային շղթա նաև անալոգային միացում է, քանի որ ցանկացած թվային շղթայի վարքագիծը կարելի է բացատրել անալոգային սխեմաների կանոններով:
Միկրոէլեկտրոնիկայի օգտագործումը թվային սարքերը դարձրել է էժան և լայնորեն հասանելի:
Աղմուկ
[խմբագրել | խմբագրել կոդը]Աղմուկի ազդեցությունը անալոգային շղթայի վրա աղմուկի մակարդակի ֆունկցիան է: Որքան մեծ է աղմուկի մակարդակը, այնքան ավելի շատ է խանգարվում անալոգային ազդանշանը, որը կամաց-կամաց դառնում է ավելի քիչ օգտագործելի: Դրա պատճառով անալոգային ազդանշաններն ասում են, որ «նրբագեղորեն ձախողվում են»: Անալոգային ազդանշանները դեռ կարող են պարունակել հասկանալի տեղեկատվություն աղմուկի շատ բարձր մակարդակով: Մյուս կողմից, թվային սխեմաների վրա աղմուկի առկայությունը բացարձակապես չի ազդում, քանի դեռ չի հասել որոշակի շեմին, որի դեպքում նրանք աղետալիորեն ձախողվում են: Թվային հեռահաղորդակցության համար հնարավոր է բարձրացնել աղմուկի շեմը սխալների հայտնաբերման և ուղղման կոդավորման սխեմաների և ալգորիթմների միջոցով: Այնուամենայնիվ, դեռ կա մի կետ, երբ տեղի է ունենում կապի աղետալի ձախողում [7][8]:
Թվային էլեկտրոնիկայի մեջ, քանի որ տեղեկատվությունը քվանտացված է, քանի դեռ ազդանշանը մնում է արժեքների միջակայքում, այն ներկայացնում է նույն տեղեկատվությունը: Թվային սխեմաներում ազդանշանը վերականգնվում է յուրաքանչյուր տրամաբանական դարպասում՝ նվազեցնելով կամ հեռացնելով աղմուկը[9]։ Անալոգային սխեմաներում ազդանշանի կորուստը կարող է վերականգնվել ուժեղացուցիչներով։ Այնուամենայնիվ, աղմուկը կուտակվում է ամբողջ համակարգում, և ուժեղացուցիչն ինքնին կավելացնի աղմուկը՝ ըստ իր աղմուկի ցուցանիշի[10][11]:
Ճշգրտություն
[խմբագրել | խմբագրել կոդը]Մի շարք գործոններ ազդում են ազդանշանի ճշգրիտ լինելու վրա, հիմնականում սկզբնական ազդանշանում առկա աղմուկը և մշակման արդյունքում ավելացված աղմուկը: Հիմնական ֆիզիկական սահմանները, ինչպիսիք են բաղադրիչների ազդանշանների աղմուկը, սահմանափակում են անալոգային ազդանշանների լուծումը: Թվային էլեկտրոնիկայի մեջ լրացուցիչ ճշգրտություն է ձեռք բերվում՝ օգտագործելով լրացուցիչ թվանշաններ՝ ազդանշանը ներկայացնելու համար: Թվանշանների գործնական սահմանը որոշվում է անալոգային-թվային փոխարկիչի (ADC) գործունակությամբ, քանի որ թվային գործողությունները սովորաբար կարող են իրականացվել առանց ճշգրտության կորստի: ADC-ն ընդունում է անալոգային ազդանշան և այն փոխում է երկուական թվերի շարքի: ADC-ն կարող է օգտագործվել թվային ցուցադրման պարզ սարքերում, օրինակ. ջերմաչափեր կամ լուսաչափեր, սակայն այն կարող է օգտագործվել նաև ձայնի թվային ձայնագրման և տվյալների հավաքագրման համար: Այնուամենայնիվ, թվայինից անալոգային փոխարկիչ (DAC) օգտագործվում է թվային ազդանշանը անալոգային ազդանշանի փոխելու համար: DAC-ը վերցնում է մի շարք երկուական թվեր և այն վերածում անալոգային ազդանշանի: Տարածված է օպերատիվ ուժեղացուցիչի ձեռքբերման կառավարման համակարգում գտնել DAC, որն իր հերթին կարող է օգտագործվել թվային ուժեղացուցիչների և ֆիլտրերի կառավարման համար[12]:
Նախագծման բարդություն
[խմբագրել | խմբագրել կոդը]Անալոգային սխեմաները սովորաբար ավելի դժվար են նախագծել, որոնք պահանջում են ավելի շատ հմտություններ, համեմատ թվային համակարգերը կոնցեպտուալացնելու համար[13]:Անալոգային սխեման սովորաբար նախագծվում է ձեռքով, քանի որ հավելվածը ներկառուցված է սարքավորման մեջ: Մյուս կողմից, թվային ապարատը մեծ ընդհանրություն ունի հավելվածների միջև և կարող է զանգվածաբար արտադրվել ստանդարտացված ձևով: Սարքավորումների դիզայնը հիմնականում բաղկացած է կրկնվող նույնական բլոկներից, և նախագծման գործընթացը կարող է խիստ ավտոմատացված լինել: Սա հիմնական պատճառներից մեկն է, որ թվային համակարգերն ավելի տարածված են դարձել, քան անալոգային սարքերը: Այնուամենայնիվ, թվային սարքավորումների կիրառումը ծրագրաշարի/որոնվածի գործառույթ է, և դրա ստեղծումը դեռևս մեծապես աշխատատար գործընթաց է: 2000-ականների սկզբից կային որոշ հարթակներ, որոնք մշակվեցին, որոնք հնարավորություն տվեցին անալոգային դիզայնի սահմանումը ծրագրային ապահովման միջոցով, ինչը թույլ է տալիս ավելի արագ նախատիպեր պատրաստել: Ավելին, եթե թվային էլեկտրոնային սարքը պետք է փոխազդի իրական աշխարհի հետ, ապա նրան միշտ անհրաժեշտ կլինի անալոգային ինտերֆեյս[14]: Օրինակ, յուրաքանչյուր թվային ռադիոընդունիչ ունի անալոգային նախաուժեղացուցիչ՝ որպես ընդունման շղթայի առաջին փուլ:
Անալոգային սխեմաների նախագծումը մեծապես հեշտացել է ծրագրային սխեմաների սիմուլյատորների հայտնվելով, ինչպիսին է SPICE-ը: IBM-ը 1970-ականներին մշակեց իր սեփական ներքին սիմուլյատորը՝ ASTAP-ը, որն օգտագործում էր շղթայի վերլուծության անսովոր (համեմատած այլ սիմուլյատորների) նոսր մատրիցային մեթոդ:
Ծանոթագրություններ
[խմբագրել | խմբագրել կոդը]- ↑ Concise Oxford dictionary (10 ed.). Oxford University Press Inc. 1999. ISBN 0-19-860287-1.
- ↑ Plympton, George Washington (1884). The aneroid barometer: its construction and use. D. Van Nostran Co. «aneroid barometer.»
- ↑ Singmin, Andrew (2001). Beginning Digital Electronics Through Projects. Newnes. էջ 9. ISBN 0-7506-7269-2. «Signals come from transducers...»
- ↑ Miller, Mark R. (2002). Electronics the Easy Way. Barron's Educational Series. էջեր 232–239. ISBN 0-7641-1981-8. «Until the radio came along...»
- ↑ Hsu, Hwei Piao (2003). Schaum's Outline of Theory and Problems of Analogue and Digital Communications. McGraw-Hill Professional. էջ 202. ISBN 0-07-140228-4. «The presence of noise degrades the performance of communication systems.»
- ↑ Carr, Joseph J. (2000). Secrets of RF circuit design. McGraw-Hill Professional. էջ 423. ISBN 0-07-137067-6. «It is common in microwave systems...»
- ↑ Richard Langton Gregory, Even Odder Perceptions, p. 161, Psychology Press, 1994 0415061067.
- ↑ Robin Blair, Digital Techniques in Broadcasting Transmission, p. 34, Focal Press, 2002, 0240805089.
- ↑ Chen, Wai-Kai (2005). The electrical engineering handbook. Academic Press. էջ 101. ISBN 0-12-170960-4. «Noise from an analogue (or small-signal) perspective...»
- ↑ Jon B. Hagen, Radio-Frequency Electronics: Circuits and Applications, p. 203, Cambridge University Press, 1996 0521553563.
- ↑ Jonathan Davidson, James Peters, Brian Gracely, Voice Over IP Fundamentals, Cisco Press, 2000 1578701686.
- ↑ Scherz, Paul (2006). Practical electronics for inventors. McGraw-Hill Professional. էջ 730. ISBN 0-07-145281-8. «In order for analog devices... to communicate with digital circuits...»
- ↑ «Clocks - Digital and Analog». Math is Fun. Վերցված է 2020-12-18-ին.