Ce va aborda această serie de bloguri?
Proiectarea analogică este o abilitate importantă pentru mulți ingineri, dar nu neapărat foarte bine înțeleasă de către toți. Această serie de articole își propune să ofere o înțelegere a noțiunilor de bază în domeniul analogic.
- Blog 1: Importanța inginerilor de proiectare în domeniul analogic pentru industria electronică
- Blog 2: Noțiuni de bază privind lanțul de semnale
- Blog 3: Instrumente și resurse în domeniul proiectării analogice
- Blog 4: Noțiuni de bază privind proiectarea analogică
Auzim atât de des expresii precum “economie digitală” și “transformare digitală” încât aproape că au devenit clișee. Concentrarea industriei pe tehnologia digitală înseamnă că mulți pot uita că lumea reală nu este digitală, ci de natură analogică. Percepția eronată că poate tehnologia “analogică” este depășită și nu mai este relevantă are repercusiuni serioase asupra industriei electronice, ceea ce face ca mulți ingineri absolvenți de studii universitare și postuniversitare să opteze să își alinieze studiile și cercetările doar cu electronica digitală.
Acest lucru generează o lipsă de înțelegere și de experiență practică în ceea ce privește proiectarea analogică și competențele de aplicare în rândul inginerilor electroniști. Situația este înrăutățită de faptul că mulți ingineri tineri consideră că proiectarea circuitelor analogice este slab definită, necesită utilizarea regulată a unor calcule matematice dificile și nu dispune de instrumente software sofisticate precum cele disponibile pentru inginerii specialiști în domeniul digital. Dacă această tendință nu va fi inversată rapid, industria electronică va ajunge în curând la un punct în care nu vor exista suficienți ingineri cu experiență în domeniul analogic pentru a putea oferi inovații în conformitate cu așteptările consumatorilor.
Prin această serie de articole, ne propunem să restabilim echilibrul în ceea ce privește cunoștințele și înțelegerea proiectării analogice. Așadar, vom trece în revistă elementele de bază ale proiectării circuitelor analogice și instrumentele care sunt la dispoziția inginerilor, permițându-le acestora să proiecteze cu încredere. Vom demonstra că proiectarea circuitelor analogice a evoluat și că acum are o metodologie foarte bine structurată. Vom explora unele dintre instrumentele hardware și software avansate disponibile, care ajută la reducerea necesității de a efectua multe calcule complexe. Și sperăm să ne atingem obiectivul de a încuraja mai mulți tineri ingineri să privească proiectarea cu circuite analogice ca pe o abilitate foarte valoroasă și plină de satisfacții, care le va îmbunătăți și mai mult opțiunile de dezvoltare a carierei.
Ce înseamnă “analogic” și “digital”?
Analogic se referă la semnale sau informații reprezentate de o cantitate fizică variabilă în mod continuu. Printre exemplele de mărimi analogice se numără tensiunea, lumina, căldura, presiunea și sunetul. În schimb, reprezentarea digitală a unei cantități poate fi întotdeauna o valoare dintr-un număr predefinit de valori discrete (prestabilite). Diferența dintre analogic și digital poate fi ilustrată cu ajutorul următoarelor exemple simple:
- Aprinderea sau stingerea completă a luminii într-o încăpere (digital) față de utilizarea unui întrerupător variabil pentru a seta iluminarea la un nivel dorit de iluminare (analogic).
- Utilizarea unui termostat care pornește și oprește complet un radiator atunci când temperatura dintr-o încăpere depășește sau scade sub o valoare prestabilită (digital) față de un termostat care reglează continuu funcționarea radiatorului pentru a menține temperatura camerei la o temperatură prestabilită (analogic).
- Un sistem audio cu comenzi de volum prestabilite (digital) față de unul cu comandă rotativă care permite reglarea volumului la orice nivel dorit (analogic).
Motivul pentru care mărimile analogice sunt convertite într-o formă digitală este acela că ele pot fi apoi procesate rapid de circuitele digitale. Totuși, acest lucru nu înseamnă că semnalele digitale sunt întotdeauna cele mai precise. Folosind exemplul unui termometru, spre deosebire de omologul său analogic, un termometru digital măsoară temperatura doar la intervale periodice – un proces care se referă la eșantionare. În al doilea rând, acesta poate afișa măsurătoarea respectivă doar folosind una dintre valorile sale prestabilite – un proces numit cuantificare.
Prin urmare, pentru ca afișajul unui termometru digital (figura 1) să se actualizeze ca răspuns la o modificare a temperaturii, acesta trebuie mai întâi să efectueze măsurarea (ceea ce se poate întâmpla după ce modificarea temperaturii a avut deja loc) și, în al doilea rând, modificarea măsurată trebuie să fie mai mare decât cea mai mică valoare prestabilită pe care o poate recunoaște.
Figura 1 Termometre analogice și digitale
Desigur, cele mai recente instrumente digitale sunt acum create pentru a efectua multe măsurători de mare viteză și pentru a recunoaște schimbări foarte mici (deoarece au multe valori discrete). Și chiar dacă nu pot fi niciodată la fel de precise precum cele analogice în termeni de măsurare pură, performanța lor este, de obicei, suficientă pentru aplicația pe care o deservesc.
Senzori
Un senzor (sau traductor) este utilizat pentru a detecta și a converti o formă de energie în alta, de exemplu, captarea temperaturii, a luminii sau a sunetului și transformarea acesteia în energie electrică, de obicei, sub forma unui semnal analogic de tensiune. Printre senzorii utilizați în mod obișnuit pentru detectarea temperaturii se numără termocuplele și detectoarele de temperatură cu rezistență (RTD), în timp ce fotodiodele sunt utilizate pentru detectarea luminii, iar microfoanele pentru sunet.
Concluzie
În cele din urmă, majoritatea senzorilor funcționează pe principii analogice, iar semnalele electrice de ieșire pe care le produc sunt de obicei foarte mici (milivolți sau mai puțin). Acest lucru înseamnă că semnalul lor trebuie condiționat pentru a elimina zgomotul și a crește amplitudinea sau nivelul, înainte de a-l converti în forma digitală necesară sistemului de control din aval. Senzorul împreună cu circuitele utilizate pentru a face această condiționare reprezintă așa-numitul lanț de semnale analogice (amplificatoare, filtre și convertoare de date), pe care îl vom explora mai în detaliu în următorul articol.
Rămâneți cu noi pentru următorul articol din această serie: Bazele lanțului de semnale.
Autor:
Mark Patrick
Mouser Electronics
Authorised Distributor
www.mouser.com
Urmărește-ne pe Twitter