Kaj je analogni signal? Definicija, primeri in uporaba
Kaj je analogni signal? Jasna definicija, praktični primeri in uporaba v elektroniki, zvoku ter merjenju — razumljivo razloženo za začetnike in strokovnjake.
Analogni ali analogni signal je vsak neprekinjen signal.
Razlika v primerjavi z digitalnim signalom je v tem, da so pomembna tudi zelo majhna nihanja v signalu. Ko govorimo o analognem signalu, imamo pogosto v mislih električni kontekst, vendar lahko analogne signale prenašajo tudi mehanski, pnevmatski, hidravlični in drugi sistemi.
Analogni signal uporablja nekatere lastnosti medija za prenos informacij o signalu. Z analognim signalom je mogoče prenesti katero koli informacijo, pogosto pa je tak signal izmerjena sprememba fizikalnih pojavov, kot so zvok, svetloba, temperatura, položaj ali tlak.
Pri snemanju zvoka na primer spremembe zračnega tlaka (tj. zvoka) vplivajo na membrano mikrofona, kar povzroči povezane spremembe napetosti ali toka v električnem vezju. Napetost ali tok sta "analoga" zvoka.
Za razpravo o digitalnem in analognem zapisu glejte digitalni zapis.
Kaj pomeni, da je signal analogen?
Analogni signal je neprekinjen v času in/ali v amplitudi. To pomeni, da lahko vrednost signala spreminja poljubno malo med dvema točkama v času in z eno samo meritev signala (npr. napetost v določenem trenutku) zapišemo neposredno količino, ki jo signal predstavlja (npr. tlak zraka, jakost svetlobe).
Osnovne lastnosti analognih signalov
- Amplituda: največja vrednost signala (npr. voltov, paskalov, lumenov).
- Frekvenca: koliko nihajev na sekundo (Hz) pri periodičnih signalih; določa hitrost sprememb.
- Faza: relativni zamik valovanja glede na referenčni čas.
- Neprekinjenost: signali se lahko spreminjajo z arbitrarno majhnimi koraki.
Primeri uporabe analognih signalov
- Avdio: mikrofon pretvori spremembe zračnega tlaka v električno napetost (analogni zvok). Prisotno v gramofonih, kasetnih predvajalnikih in nekaterih studiih.
- Video: analogni video (npr. stari televizijski standardi) prenaša svetlobno intenziteto kot neprekinjeno električno napetost.
- Radijski prenosi: nosilni val z modulacijo amplitude (AM) ali frekvence (FM).
- Senzorji in instrumentacija: termoelementi, termistorji, tlakomeri, potenciometri in večina fizičnih tipal daje analogne izhode.
- Krmilni in avtomatizacijski sistemi: many stari industrijski krmilniki uporabljajo analogne signale za nadzor ventilov, motorjev in aktuatorjev.
Prednosti in slabosti
- Prednosti: enostavna predstavitev naravnih pojavov brez kvantizacije; v nekaterih aplikacijah bolj gladek, manj “trdo” zaznan rezultat (npr. pri neprekinjeni obdelavi signala).
- Slabosti: občutljivost na šum, popačenja in izgubo kakovosti pri prenosu ali dolgotrajnem shranjevanju; degradacija signala se kopiči in je težko popolnoma odpraviti. Omejena natančnost zaradi šuma in impedančnih izgub.
Prenos, obdelava in merjenje
Analogni signali se prenašajo po žicah, optičnih vlaknih (v nekaterih primerih), zrakom (radio) ali preko mehanskih/hidravličnih poti. Obdelava običajno vključuje ojačanje, filtriranje, modulacijo in demodulacijo.
Za merjenje in vizualizacijo analognih signalov se pogosto uporabljajo osciloskopi, merilniki spektra in različni analogni voltmetri. Pri meritvah je treba upoštevati tudi šum in kalibracijo senzorjev.
Pretvorba med analognim in digitalnim
Pogosto želimo analogni signal pretvoriti v digitalno obliko z uporabo analogno-digitalnega pretvornika (ADC) ali obratno s pomočjo digitalno-analognega pretvornika (DAC). Pri tem nastopata dve pomembni omejitvi:
- Vzorec (sampling): frekvenca vzorčenja mora biti dovolj velika (Nyquistovo pravilo: vsaj dvakrat največje frekvence signala), da se ohrani izvirna informacija.
- Kvantizacija: pri digitalizaciji se amplituda zaokroži na diskretne vrednosti, kar povzroči kvantizacijski šum.
Kje je analog še pomemben danes?
Čeprav je veliko sistemov prešlo na digitalno obdelavo, analogni signali ostajajo ključni v merjenju in pridobivanju podatkov (senzorji), v radijskih prenosih ob fazah pred/po digitalizaciji, ter v številnih industrijskih krmilnih zankah. V nekaterih aplikacijah, kot so visoko kakovostni avdio vmesniki ali specifični senzorji, se analognim lastnostim še vedno daje prednost zaradi njihove naravnosti in latence brez vzorčenja.
Kratek povzetek
Analogni signal je neprekinjen zapis informacije, ki neposredno predstavlja spremembe fizičnega pojava (zvok, svetloba, temperatura, tlak, položaj itd.). Ima prednosti pri naravnem predstavljanju podatkov, a je hkrati občutljiv na šum in degeneracijo pri prenosu. V praksi se pogosto uporablja skupaj z digitalnimi postopki prek ADC in DAC, da se izkoristijo prednosti obeh svetov.
Vprašanja in odgovori
V: Kaj je analogni signal?
O: Analogni signal je vsak neprekinjen signal, pri katerem so pomembna tudi zelo majhna nihanja signala.
V: Kako se analogni signal razlikuje od digitalnega?
O: Analogni signal se razlikuje od digitalnega signala, ker majhna nihanja v signalu nosijo pomen, medtem ko digitalni signal predstavlja le diskretne vrednosti.
V: Ali se analogni signal nanaša samo na električne sisteme?
O: Ne, analogni signali se lahko prenašajo tudi prek mehanskih, pnevmatskih, hidravličnih in drugih sistemov.
V: Kako analogni signal prenaša informacije?
O: Analogni signal uporablja neko lastnost medija (na primer zvok, svetlobo, temperaturo, položaj ali tlak) za prenos informacij.
V: Kaj je primer analognega signala?
O: Primer analognega signala so spremembe zračnega tlaka (zvok), ki udarjajo ob membrano mikrofona, kar povzroči povezane spremembe napetosti ali toka v električnem vezju.
V: Na kaj se nanaša izraz "analogni" v zvezi z analognim signalom?
O: V primeru analognega signala se izraz "analogen" nanaša na to, da je napetost ali tok analogna predstavitev prvotnega zvoka ali fizikalnega pojava.
V: Kje lahko najdemo primerjavo digitalnega in analognega signala?
O: Razpravo o digitalnem in analognem signalu lahko najdete tako, da v istem viru kot to besedilo poiščete izraz "digitalni".
Iskati