אותות אנלוגיים, דיסקרטיים ודיגיטליים

כל כמות פיזיקלית על פי אופי שינוי הערך שלה יכולה להיות קבועה (אם יש לה רק ערך קבוע אחד), בדידה (אם היא יכולה להיות בעלת שני ערכים קבועים או יותר), או אנלוגית (אם יכולה להיות לה מספר אינסופי של ערכים). כל הכמויות הללו ניתנות לדיגיטציה.

אותות אנלוגיים

אות אנלוגי הוא אות שיכול להיות מיוצג על ידי קו רציף של קבוצה של ערכים המוגדרים בכל נקודת זמן ביחס לציר הזמן. הערכים של אות אנלוגי הם שרירותיים בכל רגע של זמן, כך שהוא בדרך כלל יכול להיות מיוצג כסוג של פונקציה רציפה (בהתאם לזמן כמשתנה) או כפונקציה רציפה של הזמן.

אות אנלוגי יכול להיקרא, למשל, אות שמע שנוצר על ידי סליל של מיקרופון אלקטרומגנטי או מגבר אקוסטי שפופרת, מכיוון שאות כזה הוא רציף והערכים שלו (מתח או זרם) שונים מאוד זה מזה. בכל רגע בזמן.

האיור שלהלן מציג דוגמה לסוג זה של אות אנלוגי.

לערכים אנלוגיים יכולים להיות מגוון אינסופי של ערכים בגבולות מסוימים. הם מתמשכים והערכים שלהם לא יכולים להשתנות בקפיצות.

דוגמה לאות אנלוגי: צמד תרמי משדר ערך טמפרטורה אנלוגי לבקר הלוגי הניתן לתכנות, השולט על הטמפרטורה בתנור חשמלי עם ממסר מצב מוצק.

אותות נפרדים

אם אות מניח ערכים אקראיים רק ברגעים מסוימים בזמן, אז אות כזה נקרא בדיד. לרוב, בפועל, נעשה שימוש באותות בדידים המופצים על פני רשת זמן אחידה, שהשלב שבו נקרא מרווח הדגימה.

אות בדיד מניח ערכים מסוימים שאינם אפס רק ברגעי דגימה, כלומר, הוא אינו רציף, בניגוד לאות אנלוגי. אם חלקים קטנים בגודל מסוים נחתכים מתוך אות קול במרווחי זמן קבועים, ניתן לקרוא לאות כזה בדיד.

להלן דוגמה ליצירת אות בדיד שכזה עם מרווח דגימה T. שימו לב שרק מרווח הדגימה נמדד, לא ערכי האות עצמם.

לאותות בדידים יש שני ערכים קבועים או יותר (מספר הערכים שלהם מבוטא תמיד כמספרים שלמים).

דוגמה לאות בדיד פשוט לשני ערכים: הפעלת מתג גבול (החלפת מגעי המתג במיקום מסוים של המנגנון). האות ממתג הגבול יכול להתקבל בשתי גרסאות בלבד - המגע פתוח (ללא פעולה, אין מתח) והמגע סגור (יש פעולה, יש מתח).

אותות דיגיטליים

כאשר אות בדיד לוקח רק כמה ערכים קבועים (שיכולים להיות ממוקמים על רשת עם גובה גובה מסוים) כך שניתן לייצג אותם כסדרה של כמויות קוונטיות, אות בדיד כזה נקרא דיגיטלי. כלומר, אות דיגיטלי הוא אות בדיד שמכומת לא רק לפי מרווחי זמן, אלא גם לפי רמה.

בפועל, אותות בדידים ודיגיטליים מזוהים במספר בעיות וניתן לקבוע אותם בקלות כדגימות באמצעות התקן מחשוב.

האיור מציג דוגמה ליצירת אות דיגיטלי המבוסס על אנלוגי. שים לב שערכי האות הדיגיטליים אינם יכולים לקבל ערכי ביניים, אלא רק מספר שלם של שלבים ברשת אנכית.

אות דיגיטלי נקלט בקלות ונכתב מחדש בזיכרון של מכשירי מחשוב, הוא פשוט נקרא ומועתק ללא אובדן דיוק, בעוד שכתוב אות אנלוגי קשור תמיד לאובדן של חלק, אם כי לא משמעותי, מהמידע.

עיבוד אותות דיגיטלי מאפשר להשיג מכשירים בעלי ביצועים גבוהים מאוד עקב ביצוע פעולות חישוביות ללא אובדן איכות לחלוטין או עם אובדן זניח.

בגלל היתרונות הללו, האותות הדיגיטליים נמצאים היום בכל מקום במערכות אחסון ועיבוד נתונים. כל הזיכרון המודרני הוא דיגיטלי. אמצעי אחסון אנלוגיים (כגון קלטות וכו') נעלמו מזמן.

מכשירי מדידת מתח אנלוגיים ודיגיטליים:

אבל אפילו לאותות דיגיטליים יש חסרונות.לא ניתן להעביר אותם ישירות כפי שהם, כי השידור מתבצע בדרך כלל באמצעות גלים אלקטרומגנטיים מתמשכים. לכן, בעת שידור וקבלה של אותות דיגיטליים, יש צורך לפנות לאפונון נוסף ו המרה אנלוגית לדיגיטלית... הטווח הדינמי הקטן יותר של האותות הדיגיטליים (היחס בין הערך הגדול ביותר לערך הקטן ביותר), עקב קוונטיזציה של הערכים לאורך הרשת, הוא עוד אחד מהחסרונות שלהם.

ישנם גם אזורים שבהם אותות אנלוגיים הם הכרחיים. לדוגמא, סאונד אנלוגי לעולם לא יושווה לדיגיטלי, כך שמגברים והקלטות שפופרות עדיין לא יצאו מהאופנה, למרות שפע הפורמטים של הקלטת אודיו דיגיטלית עם קצבי הדגימה הגבוהים ביותר.