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技术专题
数字電(diàn)路与模拟電(diàn)路之间的差异
数字電(diàn)路与模拟電(diàn)路之间的差异
介绍
電(diàn)子是電(diàn)气工程的一个主要子分(fēn)支，自20世纪中期以来，它一直是工程界以及普通人的重要组成部分(fēn)。
作為(wèi)電(diàn)气工程的一个分(fēn)支，電(diàn)子學(xué)处理(lǐ)電(diàn)流，但是，電(diàn)流的产生是由于電(diàn)子（或電(diàn)荷载流子，通常是气體(tǐ)）或真空中在早期阶段受控流向现代设备中的固态半导體(tǐ)。
实际上，電(diàn)子學(xué)领域的重大突破是半导體(tǐ)材料的使用(yòng)，这使電(diàn)子電(diàn)路和设备变得小(xiǎo)巧，便宜，可(kě)靠且功耗非常低。
典型電(diàn)子系统
電(diàn)子學(xué)的大多(duō)数应用(yòng)是在通信领域。因此，让我们以一个简单的通信系统為(wèi)例，看看典型的電(diàn)子系统是什么样的。
讨论的系统是公共广播系统。如果演讲者想在观众席或音乐会體(tǐ)育场等大范围的听众面前讲话，他(tā)（或她）会在称為(wèi)“麦克风”或简称為(wèi)Mic的设备前讲话。
麦克风是一种将来自扬声器的声波转换為(wèi)電(diàn)信号的设备。但是来自麦克风的電(diàn)信号的能(néng)量（或振幅）很(hěn)小(xiǎo)。如果我们在遠(yuǎn)距离上发送此小(xiǎo)幅度信号，它会由于各种损耗而失去强度，无法驱动扬声器。
因此，在将電(diàn)信号从麦克风传输到扬声器之前，必须将它们的幅度放大。放大器是一种電(diàn)子系统或设备，它接收小(xiǎo)的電(diàn)信号并以极大的幅度拥有(yǒu)其幅度并产生高幅度的電(diàn)信号。
现在可(kě)以将放大后的信号馈送到扬声器以对其进行驱动。
信号表示
设计和构建電(diàn)子電(diàn)路或系统的主要动机是处理(lǐ)信息或能(néng)量。放大器，收音机，计算机等是典型的電(diàn)子系统的示例，这些電(diàn)子系统处理(lǐ)信息，如先前的“公共广播系统”示例所示。
通常，处理(lǐ)信息包括以下功能(néng)：
- 信息操纵或计算
- 電(diàn)子系统的另一个目的是像复杂的電(diàn)源或简单的灯泡一样处理(lǐ)電(diàn)源。不管目的是為(wèi)了处理(lǐ)信息还是能(néng)量，这些物(wù)理(lǐ)量都具體(tǐ)地表示為(wèi)電(diàn)子電(diàn)路中的信号或電(diàn)信号。
- 这些電(diàn)信号可(kě)以是電(diàn)流或電(diàn)压，并且電(diàn)子電(diàn)路网络将处理(lǐ)这些信号。
模拟信号和数字信号
世界上几乎所有(yǒu)信号都是模拟信号，即它们是不断变化的值。自然界中有(yǒu)很(hěn)多(duō)连续可(kě)变信号或简单的模拟信号，例如光，运动，声音，温度，压力等。
下图显示了典型的模拟信号。
与模拟信号的连续表示相反，数字信号的离散電(diàn)平有(yǒu)所不同。通常，数字信号中的离散電(diàn)平只有(yǒu)两个值：ON和OFF。即使自然界中的所有(yǒu)物(wù)理(lǐ)信号都是连续的模拟信号，将信号表示為(wèi)离散值也有(yǒu)其自身的优势。
传统上和历史上，所有(yǒu)電(diàn)子设备仅处理(lǐ)模拟信息。但是技术的发展导致使用(yòng)数字信号来简化处理(lǐ)，这种技术被称為(wèi)数字信号处理(lǐ)。
電(diàn)子電(diàn)路和系统的分(fēn)类
可(kě)以使用(yòng)各种半导體(tǐ)電(diàn)子设备（例如PN结二极管，双极结晶體(tǐ)管（BJT），场效应晶體(tǐ)管（FET）等）以及无源组件（例如電(diàn)阻器和電(diàn)容器）来实现信号处理(lǐ)。
许多(duō)此类電(diàn)路的互连（每个電(diàn)路都执行特定任務(wù)）会形成完整的電(diàn)子系统或设备。基于对模拟和数字信号的上述理(lǐ)解，可(kě)以以两种方式进行電(diàn)子電(diàn)路的设计。他(tā)们是：
- 模拟電(diàn)路
- 数字電(diàn)路
模拟電(diàn)路和数字電(diàn)路是一种基于它们处理(lǐ)的信号在两种类型的電(diàn)子電(diàn)路之间进行區(qū)分(fēn)的经典方法。简而言之，模拟電(diàn)路处理(lǐ)连续的模拟信号，而数字電(diàn)路处理(lǐ)离散的数字信号。
现在，让我们通过简单的示例查看每种类型。
模拟電(diàn)路
如前所述，模拟電(diàn)路是一种電(diàn)子電(diàn)路，它使用(yòng)诸如電(diàn)阻器，電(diàn)容器，二极管，晶體(tǐ)管等的模拟组件来处理(lǐ)模拟数据。
模拟電(diàn)路可(kě)能(néng)非常简单，例如组合電(diàn)阻器以形成分(fēn)压器，或组合运算放大器（内部包含晶體(tǐ)管），電(diàn)阻器，二极管等以形成放大器。
以下是一个简单的模拟電(diàn)路的示例。
这是使用(yòng)运算放大器，電(diàn)阻器和電(diàn)容器实现的简单放大器電(diàn)路。通过為(wèi)電(diàn)阻器和電(diàn)容器选择合适的值，可(kě)以在输出端获得显着的增益。
老式阴极射線(xiàn)示波器（CRO）是可(kě)以检测广告分(fēn)析模拟信号的模拟设备。
数字電(diàn)路
相反，数字電(diàn)路也是主要使用(yòng)数字電(diàn)子组件来处理(lǐ)数字信号而构建的一种電(diàn)子電(diàn)路。在低電(diàn)平时，数字電(diàn)路由晶體(tǐ)管，逻辑门（AND，NAND，NOT等）的组合以及在高层时的微控制器和处理(lǐ)器组成。
所有(yǒu)数字電(diàn)路都在二进制数字信号上工作，即仅使用(yòng)两个電(diàn)压電(diàn)平表示状态信号，即ON或OFF。為(wèi)了执行各种数字信号处理(lǐ)，所有(yǒu)数字電(diàn)路都包含快速开关设备，例如二极管和晶體(tǐ)管，并且数字電(diàn)路的一些重要功能(néng)是多(duō)路复用(yòng)，解复用(yòng)，存储器，组合逻辑，顺序逻辑等。
以下是使用(yòng)CD4017计数器IC构建的简单数字電(diàn)路的示例。
这可(kě)能(néng)还不清楚，但是如果您看一下CD4017 IC的内部结构，就会发现它实际上是使用(yòng)与门，或非门，反相器，触发器和缓冲器构造的。
即使所有(yǒu)现代计算机都是使用(yòng)模拟電(diàn)子组件构建的，它们也都可(kě)以在数字领域中工作。由于大多(duō)数物(wù)理(lǐ)世界都是模拟的，因此在计算机可(kě)以执行任何操作之前，必须将模拟信号转换為(wèi)数字信号。