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技術(shù)專題
數(shù)字電路與模擬電路之間的差異
數(shù)字電路與模擬電路之間的差異
介紹
電子是電氣工程的一個(gè)主要子分支，自20世紀(jì)中期以來(lái)，它一直是工程界以及普通人的重要組成部分。
作為電氣工程的一個(gè)分支，電子學(xué)處理電流，但是，電流的產(chǎn)生是由于電子（或電荷載流子，通常是氣體）或真空中在早期階段受控流向現(xiàn)代設(shè)備中的固態(tài)半導(dǎo)體。
實(shí)際上，電子學(xué)領(lǐng)域的重大突破是半導(dǎo)體材料的使用，這使電子電路和設(shè)備變得小巧，便宜，可靠且功耗非常低。
典型電子系統(tǒng)
電子學(xué)的大多數(shù)應(yīng)用是在通信領(lǐng)域。因此，讓我們以一個(gè)簡(jiǎn)單的通信系統(tǒng)為例，看看典型的電子系統(tǒng)是什么樣的。
討論的系統(tǒng)是公共廣播系統(tǒng)。如果演講者想在觀眾席或音樂(lè)會(huì)體育場(chǎng)等大范圍的聽(tīng)眾面前講話，他（或她）會(huì)在稱為“麥克風(fēng)”或簡(jiǎn)稱為Mic的設(shè)備前講話。
麥克風(fēng)是一種將來(lái)自揚(yáng)聲器的聲波轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的設(shè)備。但是來(lái)自麥克風(fēng)的電信號(hào)的能量（或振幅）很小。如果我們?cè)谶h(yuǎn)距離上發(fā)送此小幅度信號(hào)，它會(huì)由于各種損耗而失去強(qiáng)度，無(wú)法驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器。
因此，在將電信號(hào)從麥克風(fēng)傳輸?shù)綋P(yáng)聲器之前，必須將它們的幅度放大。放大器是一種電子系統(tǒng)或設(shè)備，它接收小的電信號(hào)并以極大的幅度擁有其幅度并產(chǎn)生高幅度的電信號(hào)。
現(xiàn)在可以將放大后的信號(hào)饋送到揚(yáng)聲器以對(duì)其進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。
信號(hào)表示
設(shè)計(jì)和構(gòu)建電子電路或系統(tǒng)的主要?jiǎng)訖C(jī)是處理信息或能量。放大器，收音機(jī)，計(jì)算機(jī)等是典型的電子系統(tǒng)的示例，這些電子系統(tǒng)處理信息，如先前的“公共廣播系統(tǒng)”示例所示。
通常，處理信息包括以下功能：
- 信息操縱或計(jì)算
- 電子系統(tǒng)的另一個(gè)目的是像復(fù)雜的電源或簡(jiǎn)單的燈泡一樣處理電源。不管目的是為了處理信息還是能量，這些物理量都具體地表示為電子電路中的信號(hào)或電信號(hào)。
- 這些電信號(hào)可以是電流或電壓，并且電子電路網(wǎng)絡(luò)將處理這些信號(hào)。
模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)
世界上幾乎所有信號(hào)都是模擬信號(hào)，即它們是不斷變化的值。自然界中有很多連續(xù)可變信號(hào)或簡(jiǎn)單的模擬信號(hào)，例如光，運(yùn)動(dòng)，聲音，溫度，壓力等。
下圖顯示了典型的模擬信號(hào)。
與模擬信號(hào)的連續(xù)表示相反，數(shù)字信號(hào)的離散電平有所不同。通常，數(shù)字信號(hào)中的離散電平只有兩個(gè)值：ON和OFF。即使自然界中的所有物理信號(hào)都是連續(xù)的模擬信號(hào)，將信號(hào)表示為離散值也有其自身的優(yōu)勢(shì)。
傳統(tǒng)上和歷史上，所有電子設(shè)備僅處理模擬信息。但是技術(shù)的發(fā)展導(dǎo)致使用數(shù)字信號(hào)來(lái)簡(jiǎn)化處理，這種技術(shù)被稱為數(shù)字信號(hào)處理。
電子電路和系統(tǒng)的分類
可以使用各種半導(dǎo)體電子設(shè)備（例如PN結(jié)二極管，雙極結(jié)晶體管（BJT），場(chǎng)效應(yīng)晶體管（FET）等）以及無(wú)源組件（例如電阻器和電容器）來(lái)實(shí)現(xiàn)信號(hào)處理。
許多此類電路的互連（每個(gè)電路都執(zhí)行特定任務(wù)）會(huì)形成完整的電子系統(tǒng)或設(shè)備?；趯?duì)模擬和數(shù)字信號(hào)的上述理解，可以以兩種方式進(jìn)行電子電路的設(shè)計(jì)。他們是：
- 模擬電路
- 數(shù)字電路
模擬電路和數(shù)字電路是一種基于它們處理的信號(hào)在兩種類型的電子電路之間進(jìn)行區(qū)分的經(jīng)典方法。簡(jiǎn)而言之，模擬電路處理連續(xù)的模擬信號(hào)，而數(shù)字電路處理離散的數(shù)字信號(hào)。
現(xiàn)在，讓我們通過(guò)簡(jiǎn)單的示例查看每種類型。
模擬電路
如前所述，模擬電路是一種電子電路，它使用諸如電阻器，電容器，二極管，晶體管等的模擬組件來(lái)處理模擬數(shù)據(jù)。
模擬電路可能非常簡(jiǎn)單，例如組合電阻器以形成分壓器，或組合運(yùn)算放大器（內(nèi)部包含晶體管），電阻器，二極管等以形成放大器。
以下是一個(gè)簡(jiǎn)單的模擬電路的示例。
這是使用運(yùn)算放大器，電阻器和電容器實(shí)現(xiàn)的簡(jiǎn)單放大器電路。通過(guò)為電阻器和電容器選擇合適的值，可以在輸出端獲得顯著的增益。
老式陰極射線示波器（CRO）是可以檢測(cè)廣告分析模擬信號(hào)的模擬設(shè)備。
數(shù)字電路
相反，數(shù)字電路也是主要使用數(shù)字電子組件來(lái)處理數(shù)字信號(hào)而構(gòu)建的一種電子電路。在低電平時(shí)，數(shù)字電路由晶體管，邏輯門（AND，NAND，NOT等）的組合以及在高層時(shí)的微控制器和處理器組成。
所有數(shù)字電路都在二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)上工作，即僅使用兩個(gè)電壓電平表示狀態(tài)信號(hào)，即ON或OFF。為了執(zhí)行各種數(shù)字信號(hào)處理，所有數(shù)字電路都包含快速開(kāi)關(guān)設(shè)備，例如二極管和晶體管，并且數(shù)字電路的一些重要功能是多路復(fù)用，解復(fù)用，存儲(chǔ)器，組合邏輯，順序邏輯等。
以下是使用CD4017計(jì)數(shù)器IC構(gòu)建的簡(jiǎn)單數(shù)字電路的示例。
這可能還不清楚，但是如果您看一下CD4017 IC的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，就會(huì)發(fā)現(xiàn)它實(shí)際上是使用與門，或非門，反相器，觸發(fā)器和緩沖器構(gòu)造的。
即使所有現(xiàn)代計(jì)算機(jī)都是使用模擬電子組件構(gòu)建的，它們也都可以在數(shù)字領(lǐng)域中工作。由于大多數(shù)物理世界都是模擬的，因此在計(jì)算機(jī)可以執(zhí)行任何操作之前，必須將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。