Отличие цифрового сигнала от аналогового

Любой сигнал, аналоговый или цифровой — это электромагнитные колебания, которые распространяются с определенной частотой, в зависимости от того, какой сигнал передается, устройство, принимающее данный сигнал, переводит его в текстовую, графическую или звуковую информацию, удобную для восприятия пользователя или самого устройства. Для примера, телевизионный или радиосигнал, вышка или радиостанция может передавать и аналоговый и, на даный момент, цифровой сигнал. Приемное устройство, получая данный сигнал, преобразует его в изображение или звук, дополняя текстовой информацией (современные радиоприемники).

Звук передается в аналоговой форме и уже через приемное устройство преобразуется в электромагнитные колебания, а как уже говорилось, колебания распространяются с определенной частотой. Чем выше будет частота звука, тем выше будут колебания, а значит звук на выходе будет громче. Говоря общими словами, аналоговый сигнал распространяется непрерывно, цифровой сигнал — прерывисто (дискретно).

Так как аналоговый сигнал распространяется постоянно, то колебания суммируются и на выходе возникает несущая частота, которая в данном случае является основной и на нее осуществляется настройка приемника. В самом приемнике происходит отделение данной частоты от других колебаний, которые уже преобразуются в звук. К очевидным недостаткам передачи при помощи аналогового сигнала относятся — большое количество помех, невысокая безопасность передаваемого сигнала, а также большой объем передаваемой информации, часть из которой явлляется лишней.

Если говорить о цифровом сигнале, где данные передаются дискретно, стоит выделить его явные преимущества:

  • высокий уровень защиты передаваемой информации за счет ее шифрования;
  • легкость приема цифрового сигнала;
  • отсутствие постороннего «шума»;
  • цифровое вещание способно обеспечить огромное количество каналов;
  • высокое качество передачи — цифровой сигнал обеспечивает фильтрацию принимаемых данных;

Для преобразования аналогового сигнала в цифровой и наоборот испльзуются специальные устройства — аналого-цифровой преобразователь (АЦП) и цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП). АЦП устанавливается в передатчике, ЦАП установлен в приемнике и преобразует дискретный сигнал в аналоговый.

Что касается безопасности, почему цифровой сигнал является более защищенным, чем аналоговый. Цифровой сигнал передается в зашифрованном виде и устройство, которое принимает сигнал, должно иметь код для расшифровки сигнала. Также стоит отметить, что АЦП может передавать и цифровой адрес приемника, если сигнал будет перехвачен, то полностью расшифровать его будет невозможно, тка как отсутствует часть кода — такой подход широко используется в мобильной связи.

Цифровой и аналоговый сигнал. В чем разница? Какой лучше?

Подведем итог, основное различие между аналоговым и цифровым сигналом заключается в структуре передаваемого сигнала. Аналоговые сигналы представляют из себя непрерывный поток колебаний с изменяющимися амплитудой и частотой. Цифровой сигнал представляет из себя дискретные колебания, значения которых зависят от передающей среды.

В современном мире электротехника играет огромную роль в нашей повседневной жизни. Одним из ключевых понятий в этой области являются аналоговые и цифровые сигналы. Понимание различий между ними и их преимуществ и недостатков является важным для понимания работы различных устройств и систем.

Нужна помощь в написании работы?

Мы — биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Правки вносим бесплатно.

Что такое аналоговые сигналы

Аналоговый сигнал – это непрерывный сигнал, который может принимать любое значение в определенном диапазоне. Он представляет собой непрерывное изменение физической величины, такой как напряжение или ток, в зависимости от времени.

Аналоговые сигналы могут быть представлены в виде графика, где по оси X отображается время, а по оси Y – значение сигнала. Например, аналоговый сигнал может быть звуковой волной, где изменение амплитуды сигнала соответствует изменению громкости звука.

Аналоговые сигналы могут быть переданы по различным каналам связи, таким как проводные или беспроводные сети. Они используются во многих областях, включая аудио и видео передачу, телекоммуникации, медицинскую технику и промышленность.

Чем отличается аналоговый сигнал от цифрового

Аналоговый сигнал представляет собой непрерывную волну, которая меняется с течением времени. С другой стороны, цифровой сигнал представляет собой прерывистую волну, несущую информацию в двоичном формате и имеющую дискретные значения.

Аналоговый сигнал описывает поведение волны в отношении амплитуды, периода или частоты и фазы. Цифровой сигнал определяет поведение волны в отношении скорости передачи и битового интервала.

Диапазон аналогового сигнала не фиксирован, тогда как диапазон цифрового сигнала конечен и может принимать значения 0 или 1. Аналоговый сигнал более склонен к искажениям в ответ на шум, но цифровой сигнал невосприимчив к шуму, поэтому он редко сталкивается с какими-либо искажениями.

Лучшим примером аналогового сигнала является человеческий голос, а лучшим примером цифрового сигнала является передача данных в компьютере.

Для большей наглядности мы распределили отличия между аналоговым и цифровым сигналом в таблице:

Характеристика

Аналоговый сигнал

Цифровой сигнал

Постоянство

Непрерывен и изменяется во времени

Имеет два или более состояний и двоичную форму

Неполадки

Графическое представление

Обычно имеет форму синусоиды

Имеет форму прямоугольной волны

Как влияют помехи

Стабилен и менее подвержен шуму

Как влияют шумы

Могут повлиять на точность

Точность не зависит от шума

Энергопотребление

Потребляет больше энергии

Потребляет меньше энергии

Примеры применения

Резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности, диоды

Транзисторы, логические элементы и микроконтроллеры

Плюсы аналогового сигнала

Преимущества аналоговых сигналов в следующем:

  • Легко обрабатывать и интерпретировать.
  • Низкие расходы на внедрение.
  • Высокая плотность сигнала позволяет точнее представлять информацию.

Преимущества и недостатки сигналов разных видов

Аналоговые сигналы имеют ряд преимуществ:

  • легко обрабатываются и интерпретируются;
  • не требуют больших затрат на внедрение;
  • дают точное представление информации из-за плотности сигнала.
  • негативное влияние помех на качество передачи информации;
  • высокая цена на носители информации;
  • сложность интеграции с цифровыми устройствами, как и синхронизации между собой.
  • низкая стоимость оборудования;
  • возможность передавать сигнал на дальние расстояния;
  • легкое редактирование с применением множества инструментов;
  • высокая скорость.

В настоящее время используются оба вида. Каждый находит применение в своей области.

Примеры передачи цифрового и аналогового сигналов

Несмотря на то что аналоговые устройства продолжают использоваться, цифра постепенно занимает их место и внедряется во все сферы. Яркий пример — компьютеры. Изначально они были аналоговыми и служили для определенного набора функций. Сейчас такие устройства применяются редко, в локальной сети для выполнения узкоспециализированных задач. В частности их используют для замера температуры, влажности воздуха в качестве измерительных приборов.

До сих пор у ценителей музыки сохранились пластинки и проигрыватели, также не вышли из употребления магнитные ленты с записью песен. Это представители аналоговых сигналов. Меломаны ценят специфический треск во время воспроизведения записи.

Еще один пример, когда цифровизация вытесняет аналог — телефония. Уходят в прошлое стационарные домашние телефоны. Ими пользуются в основном организации, а домашняя сеть сводится к нулю. На смену проводным устройствам пришла сотовая связь и новые технологии.

Например, IP-телефония — технология связи с передачей голосового трафика по сетям IP для построения гибких и распределенных корпоративных коммуникационных сетей учетом всех требований бизнеса. Во время телефонного разговора речь говорящего преобразуется в цифровые сигналы, упаковывается в IP‑пакеты и передается через IP‑сети, чаще всего через интернет. Когда IP‑пакеты достигают собеседника, происходит декодирование сигнала.

IP-телефония MANGO OFFICE для бизнеса поможет сократить расходы, внедрить множество сервисов для эффективного общения с клиентами: автоматические звонки и SMS из воронки продаж, коммуникации, объединяющие голос, видео и чат и многое другое. Телефония удобна для объединения филиалов, офисов и удаленных сотрудников в единую сеть с общими внешними номерами и единой внутренней нумерацией.

2. Типы сигналов: аналоговые и цифровые.

Информация передаётся по сети в виде электромагнитных сигналов. Сигналы могут быть двух видов: аналоговые и цифровые.

Аналоговый сигнал, например, передаёт голос по телефонным линиям связи, когда звуковой сигнал преобразуется в мембране микрофона в электрический. Таким образом, аналоговый сигнал – это непрерывный волновой сигнал.

Цифровой сигнал – в отличие от аналогового – дискретный, прерывистый, ре передаёт либо 1, либо 0: есть импульс – 1, нет импульса – 0. Такие сигналы – основа коммуникации практически во всех современных компьютерах.

Но если аналоговый сигнал может передаваться на большое расстояние, для чего специально готовится – усиливается, преобразовывается – цифровой сигнал этими свойствами не обладает. Для передачи по каналам связи его необходимо преобразовать в аналоговый сигнал. Такое преобразование осуществляет модем (модулятор/демодулятор). После преобразования ц ифровой сигнал может быть передан по обычному аналоговому каналу связи на другой компьютер.

Цифровой и аналоговый сигнал: в чем сходство и различие, достоинства и недостатки?

Цифровой и аналоговый сигнал: в чем сходство и различие, достоинства и недостатки?

Когда имеешь дело с теле- и радиовещанием, а также современными видами связи, очень часто приходится сталкиваться с такими терминами, как «аналоговый сигнал» и «цифровой сигнал». Для специалистов в этих словах нет никакой тайны, но для людей несведущих разница между «цифрой» и «аналогом» может быть совсем неведомой. А между тем разница есть и весьма существенная.

Когда мы говорим о сигнале, то обычно подразумеваем электромагнитные колебания, наводящие ЭДС и вызывающие колебания тока в антенне приемника. По этим колебаниям приемное устройство – телевизор, радиоприемник, рация или сотовый телефон – составляет «представление» о том, какое изображение вывести на экран (при наличии видеосигнала) и какими звуками этот видеосигнал сопроводить.

В любом случае сигнал радиостанции или вышки мобильной связи может предстать как в цифровой, так и в аналоговой форме. Ведь, к примеру, сам по себе звук – это аналоговый сигнал. На радиостанции звук, воспринимаемый микрофоном, преобразуется в уже упоминавшиеся электромагнитные колебания. Чем выше частота звука – тем выше частота колебаний на выходе, а чем громче говорит диктор – тем больше амплитуда.

Получившиеся электромагнитные колебания, или волны, распространяются в пространстве с помощью передаточной антенны. Чтобы эфир не забивался низкочастотными помехами, и чтобы у разных радиостанций была возможность работать параллельно, не мешая друг другу, колебания, получившиеся от воздействия звука, суммируют, то есть «накладывают» на другие колебания, имеющие постоянную частоту. Последнюю частоту принято называть «несущей», и именно на ее восприятие мы настраиваем свой радиоприемник, чтобы «поймать» аналоговый сигнал радиостанции.

В приемнике происходит обратный процесс: несущая частота отделяется, а электромагнитные колебания, полученные антенной, преобразуются в колебания звука, и из динамика слышится знакомый голос диктора.

В процессе передачи звукового сигнала от радиостанции к приемнику может произойти всякое. Могут возникнуть сторонние помехи, частота и амплитуда могут измениться, что, конечно же, отразится на звуках, издаваемых радиоприемником. Наконец, и сами передатчик и приемник во время преобразования сигнала вносят некоторую погрешность. Поэтому звук, воспроизводимый аналоговым радиоприемником, всегда имеет некоторые искажения. Голос может вполне воспроизводиться, несмотря на изменения, но фоном будет шипение или даже какие-то хрипы, вызванные помехами. Чем менее уверенным будет прием, тем громче и отчетливее будут эти посторонние шумовые эффекты.

Вдобавок эфирный аналоговый сигнал имеет очень слабую степень защиты от постороннего доступа. Для общественных радиостанций это, конечно, не имеет никакого значения. Но во время пользования первыми мобильными телефонами был один неприятный момент, связанный с тем, что почти любой посторонний радиоприемник мог быть легко настроен на нужную волну для подслушивания вашего телефонного разговора.

Такие недостатки есть у аналогового эфирного вещания. Из-за них, к примеру, телевидение в относительно скором времени обещает стать полностью цифровым.

Цифровой и аналоговый сигнал: в чем сходство и различие, достоинства и недостатки?

Цифровая связь и вещания считаются более защищенными от помех и от внешних воздействий. Все дело в том, что при использовании «цифры» аналоговый сигнал с микрофона на передающей станции зашифровывается в цифровой код. Нет, конечно, в окружающее пространство не распространяется поток цифр и чисел. Просто звуку определенной частоты и громкости присваивается код из радиоимпульсов. Продолжительность и частота импульсов задана заранее – она одна и у передатчика, и у приемника. Наличие импульса соответствует единице, отсутствие – нулю. Поэтому такая связь и получила название «цифровая».

Устройство, преобразующее аналоговый сигнал в цифровой код, называется аналого-цифровым преобразователем (АЦП). А устройство, установленное в приемнике, и преобразующее код в аналоговый сигнал, соответствующий голосу вашего знакомого в динамике сотового телефона стандарта GSM, называется «цифро-аналоговый преобразователь» (ЦАП).

Во время передачи цифрового сигнала ошибки и искажения практически исключены. Если импульс станет немного сильнее, продолжительнее, или наоборот, то он все равно будет распознан системой как единица. А нуль останется нулем, даже если на его месте возникнет какой-то случайный слабый сигнал. Для АЦП и ЦАП не существует других значений, как 0,2 или 0,9 – только нуль и единица. Поэтому помехи на цифровую связь и вещание почти не оказывают влияния.

Более того, «цифра» является и более защищенной от постороннего доступа. Ведь, чтобы ЦАП устройства смог расшифровать сигнал, необходимо, чтобы он «знал» код расшифровки. АЦП вместе с сигналом может передавать и цифровой адрес устройства, выбранного в качестве приемника. Таким образом, даже если радиосигнал и будет перехвачен, он не сможет быть распознан из-за отсутствия как минимум части кода. Это особенно актуально для мобильной сотовой связи.

Итак, вот отличия цифрового и аналогового сигналов:

1) Аналоговый сигнал может быть искажен помехами, а цифровой сигнал может быть или забит помехами совсем, или приходить без искажений. Цифровой сигнал или точно есть, или полностью отсутствует (или нуль, или единица).

2) Аналоговый сигнал доступен для восприятия всеми устройствами, работающими по тому же принципу, что и передатчик. Цифровой сигнал надежно защищен кодом, его трудно перехватить, если вам он не предназначается.

  • Про закон Ома в популярном изложении
  • Как правильно делать сращивание и ответвление проводов с помощью скрутки
  • Почему электрики не всегда дружат с электроникой. Часть 2. Как изучить электронику

Надеюсь, что эта статья была для вас полезной. Смотрите также другие статьи в категории Электрическая энергия в быту и на производстве » В помощь начинающим электрикам

Подписывайтесь на наш канал в Telegram: Домашняя электрика

Аналоговые, дискретные и цифровые сигналы

Аналоговые, дискретные и цифровые сигналы — это три разных вида сигналов, которые используются для передачи и обработки информации. Они отличаются по способу представления данных, физическим свойствам и применению в различных областях.

Любая физическая величина по характеру изменения ее значения может быть постоянной (если она имеет только одно фиксированное значение), дискретной (если она может иметь два или более фиксированных значений), или аналоговой (если она может иметь бесчисленное множество значений). Все эти величины могут быть преобразованы в цифровую форму.

Автоматизированная котельная

Аналоговые сигналы

Аналоговым (т. е. непрерывно меняющимся во времени) называется такой сигнал, который может быть представлен непрерывной линией из множества значений, определенных в каждый момент времени относительно временной оси.

Значения аналогового сигнала произвольны в каждый момент времени, поэтому он может быть в принципе представлен как некая непрерывная функция (зависящая от времени как от переменной) либо как кусочно-непрерывная функция времени.

Непрерывные сигналы генерируются непрерывными процессами и системами. Это, например, ЭЭГ – возникает из-за электрической активности головного мозга, ЭКГ – вырабатывается электрической активностью сердца, выход датчика, например такого как датчик частоты вращения — тахогенератор и т.п.

Аналоговым сигналом можно назвать, например, звуковой сигнал, генерируемый обмоткой электромагнитного микрофона или ламповым акустическим усилителем, поскольку такой сигнал непрерывен и его значения (напряжение или ток) сильно отличаются друг от друга в каждый момент времени.

На приведенном ниже рисунке изображен пример подобного рода аналогового сигнала.

Аналоговый сигнал

Аналоговые величины могу иметь бесконечное множество значений в определенных пределах. Они непрерывны и их значения не могут изменяться скачками.

Пример аналогового сигнала: термопара передает в аналоговом виде значение температуры в программируемый логический контроллер, который управляет с помощью твердотельного реле температурой в электрической печи.

Пример аналогового сигнала

Любой аналоговый сигнал может быть представлен в виде соответствующего ему цифрового эквивалента, при этом точность представления зависит от количества разрядов эквивалентного числа.

Для обработки аналоговых сигналов применяются логические элементы.

По физическому признаку различают потенциальный и импульсный способ представления переменных в логических элементах. В потенциальных элементах высокий потенциал соответствует логической единице (1), низкий потенциал — нулю (0). Потенциалы могут быть как положительными так и отрицательными. При импульсном способе представлении чисел наличие импульса — состояние 1, отсутствие его — 0.

Для взаимодействия электронных устройств, обрабатывающих аналоговые сигналы с устройствами, оперирующими двоичными (цифровыми) сигналами, применяют цифро-аналоговые (ЦАП) и аналого-цифровые (АЦП) преобразователи.

Дискретные сигналы

Если некий сигнал принимает произвольные значения лишь в отдельные моменты времени, то такой сигнал называют дискретным. Чаще всего на практике применяются дискретные сигналы, распределенные по равномерной временной решетке, шаг которой называется интервалом дискретизации.

Дискретный сигнал принимает определенные не нулевые значения лишь в моменты дискретизации, то есть он является не непрерывным в отличие от аналогового сигнала. Если из звукового сигнала вырезать небольшие кусочки определенного размера через равные интервалы, такой сигнал можно будет назвать дискретным.

Дискретный сигнал состоит из последовательности выборок, которая в общем случае может принимать любое значение. Этот сигнал обычно создается путем дискретизации аналогового сигнала.

Ниже приведен пример формирования подобного дискретного сигнала с интервалом дискретизации Т. Обратите внимание, что квантуется лишь интервал дискретизации, но не сами значения сигнала.

Дискретный сигнал

Дискретные сигналы имеют два и более фиксированных значений (количество их значений всегда выражается целыми числами).

Пример простого дискретного сигнала на два значения: срабатывание путевого выключателя (переключение контактов выключателя в определенном положении механизма). Сигнал с путевого выключателя может быть получен только в двух вариантах — контакт разомкнут (нет действия, нет напряжения) и контакт замкнут (есть действие, есть напряжение).

Пример дискретного сигнала

В отечественной литературе переключательные устройства называются также «дискретными», «логическими», «устройствами релейного действия» или «релейными устройствами».

Преимущества дискретных устройств обусловлены во многом тем, что их элементы достаточно просты и надежны. В большинстве случаев они имеют всего два различных состояния: включено — выключено (реле), открыт — заперт (транзистор) и т. д.

Такие элементы могут формировать или перерабатывать сигналы, обладающие только двумя значениями: одно значение сигнала связано с одним состоянием элемента, второе — со вторым. Поэтому часто под названием «дискретный сигнал» подразумевают сигнал с двумя значениями. Физически это означает, что сигнал имеет импульсный характер: высший уровень — одно значение, низший — другое. Обычно эти уровни обозначаются 1 и 0.

Цифровые сигналы

Когда дискретный сигнал принимает только какие-то фиксированные значения (которые могут быть расположены по сетке с определенным шагом), такие что они могут быть представлены как количество квантовых величин, такой дискретный сигнал называется цифровым.

То есть цифровой сигнал — это такой дискретный сигнал, который квантован не только по промежуткам времени, но и по уровню.

Последовательности импульсов представляют последовательности цифр и могут рассматриваться как двоичные числа. Поэтому их называют цифровыми, а связанные с ними методы обработки таких сигналов и соответствующие устройства и системы также называются цифровыми.

Цифровой сигнал — это сигнал, который дискретизируется и впоследствии квантуется. Он состоит из последовательности выборок, которые могут принимать только ограниченное число значений, поэтому его можно представить последовательностью целых чисел.

Информация всегда теряется при преобразовании аналогового сигнала в цифровой (как при дискретизации, так и при квантовании). Однако, увеличивая частоту дискретизации и количество уровней квантования, можно приблизиться к исходному сигналу со сколь угодно малым отклонением.

Например, каждый из двух стереоканалов записи аудио компакт-диска может быть представлен как последовательность из 44 100 шестнадцатибитных чисел в секунду, а цифровой телефонный сигнал в ISDN в виде последовательности 8000 восьмибитных чисел в секунду.

Практически дискретные и цифровые сигналы в ряде задач отождествляются, и могут быть легко заданы в форме отсчетов с помощью вычислительного устройства.

В отечественной литературе по отношению к описанным сигналам, устройствам и системам используется чаще термин «дискретные». Термин «цифровые» используется реже. Это оправдано тем, что по смыслу последний термин лучше относить к конкретным приборам с цифровым отсчетом (цифровым вольтметрам, амперметрам и т. п.).

Аналоговые сигналы должны быть преобразованы в цифровой формат, прежде чем они могут быть интерпрети рованы микропроцессором.

На рисунке приведен пример формирования цифрового сигнала на базе аналогового. Обратите внимание, что значения цифрового сигнала не могут принимать промежуточных значений, а только определенные — целое количество вертикальных шагов сетки.

Цифровой сигнал

Цифровой сигнал легко записывается и перезаписывается в память вычислительных устройств, просто считывается и копируется без потери точности, тогда как перезапись аналогового сигнала всегда сопряжена с утратой некоторой, пусть и незначительной, части информации.

Обработка цифровых сигналов позволяет получать устройства с очень высокими характеристиками благодаря выполнению вычислительных операций совершенно без потерь качества, либо с пренебрежимо малыми потерями.

В силу этих достоинств, именно цифровые сигналы повсеместно распространены сегодня в системах хранения и обработки данных. Вся современная память — цифровая. Аналоговые носители информации (такие, как пленочные кассеты и т.д.) давно ушли в прошлое.

Аналоговый и цифровой приборы для измерения напряжения:

Аналоговый и цифровой прибор для измерения напряжения

Но даже у цифровых сигналов есть свои недостатки. Их невозможно передать напрямую как есть, ибо передача обычно реализуется посредством непрерывных электромагнитных волн. Поэтому при передаче и приеме цифровых сигналов необходимо прибегать к дополнительной модуляции и аналого-цифровому преобразованию.

Меньший динамический диапазон цифровых сигналов (отношение наибольшего значения к наименьшему), обусловленный квантованностью значений по сетке, является еще одним их недостатком.

Существуют и такие области, где аналоговые сигналы незаменимы. Например, аналоговый звук никогда не сравнится с цифровым, поэтому ламповые усилители и пластинки до сих пор не выходят из моды, несмотря на обилие цифровых форматов записи звука с самой высокой частотой дискретизации.

Присоединяйтесь к нашему каналу в Telegram «Автоматика и робототехника»! Узнавайте первыми о захватывающих новостях и увлекательных фактах из мира автоматизации: Автоматика и робототехника в Telegram

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Оцените статью
TutShema
Добавить комментарий