Nel mondo dell'elettronica, la comprensione dei circuiti analogici e digitali è fondamentale.Questi circuiti formano la spina dorsale di tutti i dispositivi elettronici, dagli smartphone ai computer e tutto il resto.Questo articolo fornirà una guida completa per i principianti per cogliere i concetti di circuiti analogici e digitali, aprendo la strada a ulteriori esplorazioni nel campo dell'elettronica.
Il regno dei circuiti integrati è diviso in due categorie distinte: circuiti analogici e digitali.
I circuiti integrati analogici sono progettati per la generazione, l'amplificazione e l'elaborazione di segnali a forma di funzione continua, come suono, luce e temperatura.Il termine "analogico" indica principalmente la riproduzione proporzionale della tensione (o della corrente) in relazione ai segnali del mondo reale, proveniente dal significato della parola greca "proporzionale".
Le sue caratteristiche principali includono:
1. La funzione assume un numero infinito di valori.
2. Quando le informazioni sull'immagine e sul suono cambiano, anche la forma d'onda del segnale.In altre parole, le informazioni da propagare in un segnale analogico sono contenute nella sua forma d'onda (il modello di cambiamento delle informazioni si riflette direttamente nell'ampiezza, nella frequenza e nei cambiamenti di fase del segnale analogico).
3. I circuiti analogici primari affrontano principalmente due aspetti principali: 1. Amplificazione , 2.sorgente del segnale.
4. I segnali analogici possiedono continuità.
Un circuito integrato digitale opera su segnali discreti, manipolandoli attraverso funzioni aritmetiche e logiche.Questi segnali, nel codice binario, alternano tra due stati logici: 0 e 1. Questa abilità nell'elaborazione gli guadagna il moniker di un circuito logico digitale.
Le sue caratteristiche principali sono: i circuiti integrati digitali eccellono nell'esecuzione di operazioni aritmetiche e logiche simultanee a causa della loro fondazione algebra logica binaria.Gestiscono abile compiti come operazioni, confronti e processo decisionale, sfruttando operazioni come e, o, e non.
La loro base binaria garantisce una solida affidabilità, in gran parte non influenzata dalle variazioni di potenza, temperatura o processo, a differenza delle loro controparti analogiche.
In particolare, l'elevata integrazione dei circuiti digitali facilita le piccole dimensioni e il basso consumo di energia.La progettazione, la manutenzione e la riparazione del circuito sono notevolmente flessibili.I progressi nella tecnologia dei circuiti integrati hanno spinto l'evoluzione da SSI a VLSI, consentendo funzionalità a livello di sistema.Il design del circuito comporta spesso semplicemente il collegamento di unità a blocchi standard, mentre gli array logici programmabili soddisfano le esigenze su misura attraverso la programmazione.
I circuiti analogici sono i circuiti progettati per l'elaborazione di segnali analogici, mentre i circuiti digitali sono personalizzati per la gestione dei segnali digitali.I segnali analogici sono funzioni temporali, che rappresentano continui cambiamenti di quantità, mentre i segnali digitali sono di natura discreta.Poiché tutti i sistemi elettronici si basano su specifici componenti elettronici e circuiti come base, nel regno dell'elaborazione del segnale, sia l'acquisizione che il restauro del segnale sono di natura analogica, con l'elaborazione digitale che si verifica nelle fasi intermedie.In particolare, i circuiti analogici sono principalmente dedicati alla gestione di segnali analogici, che mostrano continuità sia nei domini di tempo che di valore, come i segnali vocali.Al contrario, i segnali digitali, per loro stessa natura, subiscono variazioni, coinvolgendo il campionamento del segnale, la quantizzazione e la codifica.
La trasmissione del segnale digitale utilizza uno schema di codifica specifico, in cui ogni livello di intensità del suono è abbinato a un codice univoco.Per ogni campione audio catturato, viene inviato il codice corrispondente.Nonostante la granularità dei livelli sonori e la velocità di campionamento, alcune perdite dal segnale originale sono inevitabili.Tuttavia, questo può essere alleviato aumentando la frequenza di campionamento, idealmente, a più del doppio della frequenza del segnale originale per il pieno ripristino.Le sfumature di queste caratteristiche giustificano un confronto più stretto.
Confronto tra apparecchi integrati analogici e dati di apparecchi integrati digitali
Nel regno dei circuiti elettronici, i circuiti analogici esercitano la potenza sia per energizzare che eseguire le funzioni all'interno dei circuiti digitali.Questi due regni divergono nella loro rappresentazione di segnali, ma condividono un terreno comune nelle loro capacità operative.Le manipolazioni su cui subiscono i segnali analogici, tra cui amplificazione, filtrazione e vincolo, trovano la risonanza all'interno del dominio dei segnali digitali.È un truismo che al centro, tutti i circuiti digitali si sono attenuati ai principi fondamentali dei circuiti analogici.
Un complementare-ossido di ossido di metallo-semiconduttore (CMOS) è composto da due transistor ad effetto di campo-semiconduttore complementare-metallo-semiconduttore (MOSFET) con strutture simmetriche e complementari, che consentono di gestire livelli logici digitali sia alti che bassi.Tuttavia, l'obiettivo di progettazione dei circuiti digitali è elaborare i segnali digitali.L'introduzione di segnali analogici arbitrari senza ulteriore elaborazione può comportare un rumore di quantizzazione.
Nel linguaggio della teoria del segnale, un segnale a tempo discreto si presenta come l'incarnazione numerica di un segnale in una matrice riconoscibile di giunture temporali discrete.Questa nomenclatura deriva dalla prevalenza di segnali a tempo discreto come campioni abbattuti da segnali analogici a intervalli temporali regolari (anche se a volte, irregolari).Vale la pena notare che i termini "tempo discreto" e "digitale" sono spesso utilizzati in modo intercambiabile per delineare lo stesso segnale.Presenta menzionare che alcune teorie esposte nel regno dei segnali a tempo discreto trovano un'applicabilità convincente nel dominio dei segnali digitali.
I circuiti analogici e i circuiti digitali servono entrambi da vettori di variazioni del segnale.Nei circuiti analogici, l'amplificazione e l'attenuazione dei segnali sono ottenute attraverso le caratteristiche di amplificazione dei componenti, mentre nei circuiti digitali, la trasmissione del segnale viene eseguita attraverso le caratteristiche di commutazione.
Nei circuiti analogici, le variazioni di tensione, corrente, frequenza e periodo sono interdipendenti, mentre nei circuiti digitali, le variazioni di tensione, corrente, frequenza e periodo sono discrete.
I circuiti analogici possono funzionare in condizioni di alta corrente e alta tensione, mentre i circuiti digitali funzionano a bassa tensione, a bassa corrente e basse condizioni di consumo di energia per generare segnali di controllo stabili.
I circuiti analogici estendono praticamente l'intero campo dell'elettronica, poiché l'implementazione della funzionalità in qualsiasi circuito elettronico coinvolge elementi analogici.
I circuiti digitali e la tecnologia dell'elettronica digitale trovano applicazioni diffuse in campi come televisione, radar, comunicazione, calcolo elettronico, controllo automatico, aerospaziale e vari settori scientifici e tecnologici.
La progettazione di circuiti analogici è in genere più impegnativo e richiede un livello più elevato di competenze da parte dei progettisti.Questo è uno dei motivi per cui i sistemi di circuiti digitali sono più ampiamente adottati rispetto ai sistemi di circuiti analogici.I circuiti analogici richiedono spesso più calcoli manuali e il livello di automazione nel loro processo di progettazione è inferiore rispetto ai circuiti digitali.
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