Десятый класс
  1. Механика  1.1. Динамика  1.1.1. Движение в одном измерении  1.1.2. Движение в двух измерениях  1.1.3. Смещение и расстояние  1.1.4. Скорость и Вектор  1.1.5. Ускорение  1.1.6. Графическое представление движения  1.1.7. Equations of motion  1.1.8. Свободное падение и ускорение свободного падения  1.1.9. Движение тела, брошенного под углом к горизонту  1.1.10. Относительная скорость  1.2. Динамика  1.2.1. Законы движения Ньютона  1.2.2. Инерция и масса  1.2.3. Сила и ее виды  1.2.4. Сила действия и противодействия  1.2.5. Friction and its effects  1.2.6. Коэффициент трения  1.2.7. Круговое движение  1.2.8. Центростремительная сила и центростремительное ускорение  1.2.9. Импульс и количество движения  1.2.10. Conservation of momentum  1.2.11. Третий закон Ньютона и его применения  1.3. Работа, энергия и мощность  1.3.1. Работа, совершаемая силой  1.3.2. Теорема о работе и энергии  1.3.3. Кинетическая энергия  1.3.4. Потенциальная энергия  1.3.5. Mechanical energy  1.3.6. Сохранение энергии  1.3.7. Мощность и эффективность  1.3.8. Возобновляемые и невозобновляемые источники энергии  1.4. Гравитационная сила  1.4.1. Закон всемирного тяготения Ньютона  1.4.2. Гравитационное поле и напряженность поля  1.4.3. Ускорение свободного падения на разных планетах  1.4.4. Законы движения планет Кеплера  1.4.5. Orbits and satellites  1.4.6. Вес и кажущийся вес  1.4.7. Гравитационная потенциальная энергия
  2. Свойства материи  2.1. States of matter  2.1.1. Твердое, жидкое и газообразное  2.1.2. Molecular structure of matter  2.1.3. Межмолекулярные силы  2.1.4. Плазма и конденсат Бозе–Эйнштейна  2.2. Давление  2.2.1. Определение давления  2.2.2. Pressure in liquids  2.2.3. Атмосферное давление  2.2.4. Принцип Паскаля  2.2.5. Принцип Архимеда и плавучесть  2.2.6. Поверхностное натяжение и капиллярность  2.3. Эластичность  2.3.1. Закон Гука  2.3.2. Stress and strain  2.3.3. Предел упругости и модуль упругости  2.3.4. Применения упругости
  3. Thermal physics  3.1. тепло и температура  3.1.1. Difference Between Heat and Temperature  3.1.2. Температурная шкала  3.1.3. Тепловое расширение  3.1.4. Тепловое равновесие  3.2. Теплопередача  3.2.1. Проводимость  3.2.2. Конвекция  3.2.3. Излучение  3.2.4. Insulation and its applications  3.3. Тепловые свойства вещества  3.3.1. Удельная теплоемкость  3.3.2. Скрытая теплота и фазовые переходы  3.3.3. Boiling and Melting Point  3.3.4. Тепловые двигатели и холодильные установки  3.4. Законы термодинамики  3.4.1. Нулевой закон термодинамики  3.4.2. Первый закон термодинамики  3.4.3. Второй закон термодинамики  3.4.4. Цикл Карно
  4. Волны и оптика  4.1. Природа и свойства волн  4.1.1. Типы волн в природе и свойства волн  4.1.2. Поперечные и продольные волны  4.1.3. Параметры волн  4.1.4. Отражение и преломление волн  4.1.5. Суперпозиция и интерференция  4.1.6. Стоячие волны и резонанс  4.1.7. Эффект Доплера  4.2. Звуковые волны  4.2.1. Характеристики звуковых волн  4.2.2. Скорость звука в разных средах  4.2.3. Применение звуковых волн  4.2.4. Ультразвук и его использование  4.3. Light Waves and Optics  4.3.1. Природа света  4.3.2. Отражение света  4.3.3. Laws of reflection  4.3.4. Mirrors and Image Formation  4.3.5. Преломление света  4.3.6. Закон Снелла  4.3.7. Линзы и образование изображения  4.3.8. Полное внутреннее отражение и критический угол  4.3.9. Оптическое волокно  4.4. Оптические приборы  4.4.1. Microscope  4.4.2. Телескоп  4.4.3. Человеческий глаз и дефекты зрения  4.4.4. Камера и принцип ее работы
  5. Электричество и магнетизм  5.1. Электростатика  5.1.1. Электрический заряд и его свойства  5.1.2. Проводники и изоляторы  5.1.3. Coulomb's law  5.1.4. Электрическое поле и линии поля  5.1.5. Electric potential and potential difference  5.1.6. Конденсаторы и емкость  5.2. Ток электричества  5.2.1. Electric current and its measurement  5.2.2. Закон Ома  5.2.3. Сопротивление и удельное сопротивление  5.2.4. Последовательные и параллельные цепи  5.2.5. Электрическая энергия и мощность  5.2.6. Законы Кирхгофа  5.3. Магнетизм и электромагнетизм  5.3.1. Магнитное поле и линии поля  5.3.2. Магнитные эффекты электрического тока  5.3.3. Электромагнитная индукция  5.3.4. Законы электромагнитной индукции Фарадея  5.3.5. Трансформаторы и их применение  5.3.6. AC and DC current
  6. Современная физика  6.1. Nuclear physics  6.1.1. Структура атома  6.1.2. Атомная модель Бора  6.1.3. Энергетические уровни электронов  6.1.4. Рентгеновские лучи и их применение  6.2. Радиоактивность  6.2.1. Виды радиации  6.2.2. Half-life and radioactive decay  6.2.3. Ядерные реакции и их применения  6.2.4. Деление и Синтез  6.3. Quantum physics  6.3.1. Дуализм волна-частица  6.3.2. Photoelectric effect  6.3.3. Квантизация энергии  6.3.4. Принцип неопределённости Гейзенберга
  7. Электроника и связь  7.1. Полупроводники  7.1.1. Проводники, изоляторы и полупроводники  7.1.2. Диоды и их применение  7.1.3. Транзисторы и логические элементы  7.1.4. Светодиоды и фотодиоды  7.2. Системы Коммуникации  7.2.1. Основы коммуникации  7.2.2. Аналоговые и цифровые сигналы  7.2.3. Беспроводная связь и оптоволоконная связь  7.2.4. Радиоволны и модуляция

Десятый класс → Электроника и связь → Системы Коммуникации ↓


Аналоговые и цифровые сигналы


Одним из базовых понятий в электронике и системах связи является понимание разницы между аналоговыми и цифровыми сигналами. Эти сигналы важны для передачи информации из одного места в другое. Чтобы понять, как работают устройства, такие как цифровые телефоны и радио, необходимо понять, что такое аналоговые и цифровые сигналы, как они создаются и как они работают.

Что такое сигнал?

Сигнал можно понимать как изображение данных, которые передаются из одного места в другое в системе связи. Например, когда вы говорите по телефону, ваш голос преобразуется в электрический сигнал, который путешествует на другой конец, где он снова преобразуется в звук.

Сигналы могут быть аналоговыми или цифровыми, каждый из которых имеет свои уникальные характеристики и применения. Давайте подробнее рассмотрим, из чего состоят каждый из этих сигналов.

Аналоговый сигнал

Аналоговый сигнал — это тип сигнала, который является непрерывным по своей природе. Это означает, что он может принимать любое значение в пределах определенного диапазона. Аналоговый сигнал обычно представляет вариации в каком-либо физическом явлении, таком как звук или свет. Например, когда вы говорите, ваши голосовые связки создают звуковые волны, которые плавно и непрерывно изменяются.

Вот простое изображение аналогового сигнала:

Этот график показывает, как аналоговый сигнал может колебаться со временем. Он может изменяться по частоте и амплитуде, плавно адаптируясь к изменениям на входе.

Примеры аналоговых сигналов

  • Звуковые волны, создаваемые во время речи.
  • Световые волны с переменной интенсивностью.
  • Температура, измеряемая с помощью аналогового термометра.

Характеристики аналоговых сигналов

  • Непрерывность: Аналоговые сигналы изменяются в пределах диапазона без разрывов или скачков. Они представляют физические процессы, которые плавно изменяются со временем.
  • Не дискретность: В отличие от цифровых сигналов, аналоговые сигналы могут представлять бесконечное количество значений в пределах их диапазона.
  • Амплитуда и частота: Эти два основных параметра определяют поведение аналогового сигнала.

Цифровой сигнал

Напротив, цифровой сигнал является дискретным. Это означает, что он может принимать только определенные конкретные значения. Цифровые сигналы часто используются в современных электронных устройствах, где информация кодируется в двоичном формате, который обычно состоит из двух уровней: 0 и 1.

Вот пример цифрового сигнала:

График выше показывает цифровой сигнал, который скачет между двумя уровнями. Это показывает двоичную природу цифровых сигналов, которые изменяются между высокими и низкими состояниями.

Примеры цифровых сигналов

  • Двоичная последовательность, отправляемая по сети для передачи данных.
  • Цифровые музыкальные файлы, такие как MP3.
  • Изображения, хранимые в виде пикселей.

Характеристики цифровых сигналов

  • Дискретные уровни: Цифровые сигналы представляют информацию, используя фиксированное количество уровней, обычно 0 и 1.
  • Устойчивость к шумам: Менее чувствителен к шуму, чем аналоговые сигналы, что обеспечивает улучшенную четкость и точность передачи.
  • Простота хранения: Цифровые данные могут быть легко сохранены и сжаты.

Сравнение аналоговых и цифровых сигналов

Основное отличие между аналоговыми и цифровыми сигналами заключается в их непрерывной и дискретной природе соответственно. Давайте резюмируем различия:

АспектАналоговый сигналЦифровой сигнал
ОпределениеНепрерывный сигнал, плавно изменяющийся со временем.Дискретный сигнал, представленный в двоичной форме (0 / 1).
Влияние шумаБолее чувствителен к шумовым помехам.Более устойчив к шумовым помехам.
Представление информацииБесконечное количество значений в диапазоне.Ограниченное и определенное количество, обычно двоичное.
ХранениеХранение затруднительно и менее эффективно.Легко использовать и можно эффективно сжать.
СложностьОтносительно простые процессы и обработка.Требуются более сложные системы обработки.

Применения аналоговых и цифровых сигналов

Применение аналоговых сигналов

  • Используется в аналоговых системах вещания, таких как AM/FM радио.
  • Используется в измерительных приборах, таких как аналоговые вольтметры.
  • Использовался в ранних телекоммуникационных системах, таких как проводные телефоны.

Применение цифровых сигналов

  • Основным образом используются в современных телекоммуникациях, включая мобильные телефоны.
  • Составляют основу компьютеров и цифровых сетей.
  • Используются в системах хранения данных, такие как жёсткие диски и SSD.

Преобразование между аналоговыми и цифровыми сигналами

С учетом различных характеристик аналоговых и цифровых сигналов, системы связи часто нуждаются в преобразовании сигналов между этими двумя формами. Этот процесс преобразования необходим для полноценного использования цифровых возможностей современной технологии, сопровождающихся естественным аналоговым миром.

Преобразование аналогового сигнала в цифровой (АЦП)

Процесс преобразования, при котором аналоговый сигнал преобразуется в цифровой, известен как аналогово-цифровое преобразование. Это достигается с помощью устройства, называемого аналогово-цифровым преобразователем (АЦП). Вот упрощенное описание того, как работает АЦП:

  1. Отбор проб: Аналоговый сигнал отбирается с регулярными интервалами. Частота, с которой он отбирается, определяет качество и разрешение цифрового сигнала.
  2. Квантование: Каждая выборка округляется до ближайшего значения, представленного в двоичном коде. Этот шаг может произвести небольшую ошибку, называемую ошибкой квантования.
  3. Кодирование: Значения выборки затем преобразуются в двоичную форму, чтобы их можно было сохранить или обработать в цифровом виде.

Преобразование цифрового сигнала в аналоговый (ЦАП)

С другой стороны, необходимо преобразовать цифровые сигналы обратно в аналоговые, особенно когда цифровая электроника соединена с аналоговым миром, как в звуковых системах. Это преобразование осуществляется с помощью цифрово-аналогового преобразователя (ЦАП).

  1. Декодирование: Двоичные цифровые данные сначала декодируются в дискретные значения.
  2. Преобразование: Эти значения затем преобразуются в аналоговую волну, и оригинальный сигнал восстанавливается как можно более точно.

Заключение

Дуальность между аналоговыми и цифровыми сигналами является основополагающей в электронике и системах связи, влияя на работу устройств, передачу данных и непрерывную эволюцию технологий. Аналоговые сигналы, представляющие непрерывный поток информации, предоставляют богатые природные данные, но чувствительны к шуму. Напротив, цифровые сигналы, благодаря своей дискретной природе, обеспечивают большую точность и устойчивость к шуму, что способствует современным технологическим достижениям.

Понимание как аналоговых, так и цифровых сигналов и их преобразований полезно для понимания огромного ландшафта современных систем связи и обеспечения того, чтобы технологии оставались доступными и эффективными в соединении человеческих переживаний с цифровыми интерфейсами.


Десятый класс → 7.2.2


U
username
0%
завершено в Десятый класс

← Предыдущий (7.2.1)
Основы коммуникации
Следующий (7.2.3) →
Беспроводная связь и оптоволоконная связь

Комментарии 



Аналоговые и цифровые сигналы

https://www.physicsflow.com/g10/7.2.2?pfal=ru