سیگنال الکتریکی آنالوگ و دیجیتال (Analog و Digital)
محتویات
سیگنال های الکترونیکی در عملکرد تمام دستگاه های الکترونیکی نقش دارند. سیگنال های الکتریکی می توانند هر چیزی را از صدای یک فرد گرفته تا سیگنال های تلویزیونی و رادیویی گرفته تا برقی که برای تغذیه یک LED استفاده می شود، منتقل کنند. سیگنال های الکترونیکی برای ارسال اطلاعات بین دستگاه های الکترونیکی به صورت آنالوگ یا دیجیتال استفاده می شود.
سیگنال آنالوگ چیست؟
سیگنال آنالوگ غالبا که نشان دهنده چیز دیگری است. در الکترونیک، سیگنال آنالوگ نمایشی از برخی موارد یا ورودی های دیگر مثل صدا، نور و… است.
برای مثال عقربه های ساعت دیواری حالت آنالوگِ گذر زمان هستند.
یک ولت متر آنالوگ به اعداد روی صفحه اشاره می کند که نشان دهنده آنالوگِ ولتاژ اعمال شده است. یک میکروفون ولتاژی تولید می کند که آنالوگ صدای خواننده است.
در یک سیستم ارتباطی، می‌توان گفت که سیگنال آنالوگ اطلاعاتی را نشان می‌دهد که معمولاً شکل موج هایی متناوب هستند.
نمودار زیر دامنه (ولتاژ) یک سیگنال آنالوگ را با توجه به زمان نشان می دهد:
همانطور که در تصویر بالا میبینید، سیگنال آنالوگ میتواند هر مقداری داشته باشد.
سیگنال دیجیتال چیست؟
سیگنال دیجیتال سیگنالی است که در آن ولتاژ در قالب باینری ارسال یا نمایش داده می شود. یعنی فقط از یک و صفر استفاده می شود.
اگر به مثال ساعت برگردیم، در یک ساعت دیجیتال یک نوسانگر موج مربعی کریستالی وجود دارد که با فرکانس 32768 هرتز کار می کند. می توانیم از تقسیم کننده دیجیتال برای تقسیم این فرکانس بر دو استفاده کنیم تا 16384 هرتز به دست آید. اگر این کار را 15 بار انجام دهیم، فرکانس خروجی اسیلاتور 1 هرتز یا یک بار در ثانیه خواهد بود. این فرکانس خروجی در مضرب 60 شمارش می شود تا به ما دقیقه و ساعت را بدهد. سپس این مقادیر برای نمایش زمان به نمایشگر LCD فرستاده می شود.
هر کلمه باینری از دنباله ای از اعداد یک و صفر ساخته شده اند که یکی پس از دیگری ارسال می شوند. هر بیت میتواند 0 یا 1 باشد. اندازه کلمه معمولاً 8 بیت است اما می تواند بزرگتر باشد. اما چگونه اطلاعات دیجیتالی و این اعداد باینری از طریق سیم یا از طریق هوا منتقل می شود؟
اگر فاصله کوتاه باشد، کلمات باینری که این داده ها را نشان می دهند بیت به بیت یکی پس از دیگری وارد سیم می شوند. اگر بیتی که کم اهمیت ترین بخش داده را نشان می دهد ابتدا ارسال شود، آن را LSB یا بیت کم اهمیت اول می نامند.
همانطور که در تصویر بالا میبینید، سیگنال دیجتال در هر زمان میتواند 0 یا 1 باشد.
اگر در مورد این مطلب سوالی دارید در قسمت نظرات بپرسید
مزایا و معایب سیگنال های آنالوگ و دیجیتال
در جدول زیر ویژگی ها و مزایا معایب سیگنال های آنالوگ و دیجیتال را بررسی میکنیم.
| سیگنال آنالوگ | سیگنال دیجیتال |
| در معرض تخریب و نویز | نویز پذیری بسیار پایین |
| پردازش آسان | پردازش دشوار تر |
| بهترین برای صدا و تصویر | برای هرچیزی استفاده میشود |
| تعداد محدود از کانال ها در لحظه | کانال های نامحدود |
| احتمال خطای زیاد | احتمال خطای کم |
| رمزگذاری و امن کردن سخت | رمزگذاری و امن کردن آسان |
| مالتی پلکس تقسیم فرکانس برای چندین کانال استفاده می شود | مالتی پلکس تقسیم زمان برای چندین کانال استفاده می شود |
| همگام سازی دشوار | همگام سازی آسان تر |
| امواج سینوسی | امواج مربعی |
| پهنای باند کم | پهنای باند زیاد |
| چگالی بالاتری دارد و میتواند تعریف دقیق‌تری را نشان دهد | چگالی اطلاعات به اندازه بستگی دارد |
مدولاسیون و مودم
اگر سیم خیلی طولانی باشد یا سیگنال نیاز به انتقال بی سیم داشته باشد چه؟ سیگنال‌های دیجیتالی که به یک سیم وارد می‌شوند به سرعت تحلیل می‌روند و به دلیل ظرفیت خازنی و اندوکتانس سیم از بین می‌روند. پس راه حل استفاده از مودم است.
یک مودم دارای دو حالت فرکانس پایدار است، یک حالت پایین و یک حالت بالا. به عنوان مثال، یک مودم ممکن است یک دیجیتال 0 با فرکانس 1000 هرتز و یک دیجیتال 1 با فرکانس 1500 هرتز رمزگذاری کند. این سیگنال از طریق یک سیم یا پیوند رادیویی به یک دمدولاتور که به فرکانس های متغیر پاسخ می دهد و یک ها و صفرها را خروجی می دهد، منتقل می شود.
اندازه یک بایت باینری بر اساس نوع دقت مورد نیاز تعیین می شود. از آنجایی که فقط دو حالت وجود دارد (0 یا 1) می توان گفت که برای یک کلمه 8 بیتی (= 1 بایت)، 28 یا 256 حالت ممکن وجود دارد. به عنوان دقت، 1/256 * 100 = 0.4٪ است که برای اکثر نیازها بسیار مناسب است. اما با دو برابر کردن این تا 16 بیت، 216 یا 65536 احتمال خواهیم داشت که دقت را به 1/65536 * 100 = 0.0015% افزایش می دهد.
متشکرم