Аналогов сигнал – определение, свойства, примери и приложения

Аналогов или аналогов сигнал е всеки непрекъснат сигнал. Това означава, че стойността на сигнала може да се променя плавно във времето и в амплитудата си и обикновено се моделира като непрекъсната функция x(t). Аналоговите сигнали имат теоретично неограничена разделителна способност в стойността си (до физичните ограничения на средата и измервателните уреди).

Разликата от цифровия сигнал е, че и много малките колебания в сигнала са значими: всяка промяна в амплитуда или във фазата носи информация. При цифровите сигнали информацията е кодирана в отделни дискретни стойности, докато при аналоговите тя е представена чрез непрекъснато изменение на физическо количество.

Обикновено, когато се говори за аналогов сигнал, се има предвид електрически контекст, но механични, пневматични, хидравлични и други системи също могат да предават аналогови сигнали. В повечето практики аналоговият сигнал се реализира чрез промяна на напрежение, ток или друго физическо свойство на предавателната среда.

Аналоговият сигнал използва някакво свойство на средата, за да предаде информацията за сигнала. Всяка информация може да бъде предадена чрез аналогов сигнал, като често такъв сигнал е измерена промяна във физични явления, като звук, светлина, температура, положение или налягане. Типичните сензори (микрофони, фотодиоди, термистори, потенциометри, преобразуватели на налягане и др.) превръщат тези физични величини в аналогови електрически сигнали.

Например при звукозапис промените в налягането на въздуха (т.е. звукът) въздействат върху мембраната на микрофона, което води до съответни промени в напрежението или тока в електрическата верига. Напрежението или токът се наричат "аналог" на звука. Тези аналогови волтажни сигнали могат да се усилват, филтрират и записват директно на аналогови носители (лента, винилови плочи) или да бъдат преобразувани в цифров вид за съхранение и обработка.

Вижте "Цифрови" за обсъждане на цифрови и аналогови технологии.

Основни свойства на аналоговите сигнали

• Непрекъснатост: стойността се променя плавно във времето и амплитудата.
• Неограничена (теоретично) резолюция: може да приеме произволна стойност в рамките на допустимия диапазон.
• Чувствителност към шум: шумът и смущенията се добавят непрекъснато към сигнала и не са лесно отделими без загуба на информация.
• Полоса (bandwidth): аналоговите системи имат ограничение на честотния диапазон, в който могат да предават информация с минимално изкривяване.
• Линейност и нелинейност: поведение на системата (усилване, изкривяване) определя как сигналът се преобразува и предава.

Примери

• Аудиосигнали, записани на магнитна лента или възпроизведени от високоговорители.
• Радиопредаване (AM и FM), където амплитудата или честотата на носещия сигнал варират непрекъснато.
• Аналогова телевизия и видео сигнали (композитен видеосигнал).
• Изходи от датчици: термодвойки, фоторезистори, потенциометри, стейн гейджове и др.
• Медицински сигнали като ЕКГ и ЕЕГ.

Приложения

• Аудио и музика: студийна техника, аналогови ефекти, усилватели.
• Контролни системи: промишлени регулатори, PID контроли, системи за управление на двигатели.
• Измерване и научни инструменти: осцилоскопи, анализатори, прецизни измервателни верижки.
• Комуникации: радиопредаване, сателитни предавания и някои безжични технологии.
• Медицинска апаратура: сигнална обработка на биосигнали преди цифровизация.

Преобразуване между аналогов и цифров сигнал

За да се работи с данните в цифрова среда, аналоговият сигнал трябва да бъде преобразуван чрез преобразувател аналог-цифра (ADC). Процесът включва:

• Антиалайзинг филтър — ограничава честотния диапазон, за да се избегне алиасинг при дискретизация.
• Дискретизация (семплиране) — взимане на стойности на сигнала в определени моменти (честота на семплиране).
• Квантоване — преобразуване на непрекъснатите стойности в ограничен брой дискретни нива (въвежда се квантова грешка).

Обратният процес (DAC) възстановява непрекъснат сигнал от цифрови данни, но качеството зависи от честотата на семплиране и дълбочината на квантоване.

Предимства и недостатъци

• Предимства: естествено представяне на физични явления, често по-проста предавателна верига за непосредствена обработка, ниска латентност при обработка в аналогови системи.
• Недостатъци: по-висока чувствителност към шум и изкривяване, трудности при дългосрочно съхранение и копиране (детерминационни загуби), ограничен динамичен диапазон и по-трудна прецизна обработка в сравнение с цифровата обработка.

Аналоговите и цифровите технологии често се използват заедно: аналоговите сигнали се улавят и предобработват, след което при необходимост се превръщат в цифров вид за сложно филтриране, анализ и архивиране. За по-детайлно сравнение вижте секцията за цифрови технологии.

Въпроси и отговори

В: Какво представлява аналоговият сигнал?

В: По какво се различава аналоговият сигнал от цифровия?

В: Аналоговият сигнал отнася ли се само за електрическите системи?

В: Как аналоговият сигнал предава информация?

В: Какъв е примерът за аналогов сигнал?

В: Какво означава терминът "аналогов" по отношение на аналогов сигнал?

В: Къде може да се намери сравнение на цифров и аналогов сигнал?

Търсене по буква