АНАЛОГОВЫЕ И ЦИФРОВЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СИГНАЛЫ

Электрический сигнал – это процесс изменения во времени в электрической цепи напряжения и (или) тока. Как правило, говоря про электрические сигналы описывают изменения напряжения, которое может быть непрерывным или прерывистым (дискретным).

Иногда непрерывный сигнал называют аналоговым, это не так. Аналоговый сигнал характеризуется непрерывным изменением значения его уровня в определенных пределах, причем значений этих – бесконечное множество. То есть он, безусловно является непрерывным, но непрерывным может быть также цифровой сигнал.

Аналоговый электрический сигнал.

На рис. 1 представлен простейший вариант аналогового сигнала – синусоидальный.

Значение напряжения изменяется в пределах его амплитудного значения от -U до +U. Как видно из графика в любой момент времени t напряжение принимает значение u (уровень сигнала), которое является функцией от времени: u=f(t).

Синусоидальный сигнал является периодическим, то есть состоит из идентичных фрагментов, повторяющихся во времени. Его можно сравнить с маятником, совершающим колебания. Время в течение которого совершается одно полное колебание называется периодом Т.

Величина обратная периоду является частотой: f=1/T . Частота измеряется в Герцах, а время (период) в секундах. Если на словах, то частота сигнала – это количество колебаний за единицу времени (одну секунду, если использовать систему измерений СИ).

Кстати, поскольку такие параметры как ток и напряжение связаны законом Ома, то для описания можно брать любой из них. В большинстве случаев удобней напряжение, что было отмечено в начале статьи.

Описанный пример с "чистой" синусоидой на практике встречается редко. Единственно что напряжение в бытовой электросети максимально близко к синусоидальному, а в радиотехнике приходится работать с более сложными электрическими сигналами.

Практически любой реальный электрический сигнал имеет переменную частоту и амплитуду. В результате получатся график, показанный на рис. 2.

ОТЛИЧИЕ АНАЛОГОВОГО СИГНАЛА ОТ ЦИФРОВОГО

Цифровой сигнал, в отличие от аналогового, с течением времени может принимать набор из конечного числа определенных значений.

В общем виде он имеет вид, представленный на рисунке 3а. На практике чаще используется цифровой сигнал, описывающий двоичный код, то есть последовательность двух (высокого и низкого) уровней, определяющих соответственно единицу и ноль (рис. 3б).

Таким образом, основное отличие очевидно и следует из приведенного определения.

Существует несколько менее очевидных для неспециалиста различий. Приведу два более характерных.

Информативность.

При прочих равных условиях (частота или полоса частот) аналоговый сигнал более информативен, поскольку имеет множество значений (уровней), каждый из которых является носителем информации.

Цифровой сигнал имеет, как правило, два уровня, что определяет его минимальную информативность в определенный момент времени.

Помехозащищенность.

Здесь преимущество на стороне "цифры". Цифровой электрический сигнал может быть восстановлен без помех в точке приема – естественно, если он выше уровня помех, то есть его можно принять.

Усиливая аналоговый мы одновременно усиливаем и помехи. Конечно, существуют решения, позволяющие уровень помех снизить, но полностью избавиться от них невозможно.

В завершение – формирование, прием и обработка цифрового сигнала проще, чем аналогового. Но достоинства и недостатки, определяющие отличия этих двух сигналов абсолютными не являются.

В одних ситуациях лучше "аналог", в других – "цифра". Кроме того, эти два типа сигналов допускают взаимное преобразование, правда с определенными потерями, но это тема отдельного разговора.