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技術(shù)專(zhuān)題
數字電路與模擬電路之間的差異
數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代設備中的固態(tài)半導體。
實(shí)際上，電子學(xué)領(lǐng)域的重大突破是半導體材料的使用，這使電子電路和設備變得小巧，便宜，可靠且功耗非常低。
典型電子系統
電子學(xué)的大多數應用是在通信領(lǐng)域。因此，讓我們以一個(gè)簡(jiǎn)單的通信系統為例，看看典型的電子系統是什么樣的。
討論的系統是公共廣播系統。如果演講者想在觀(guān)眾席或音樂(lè )會(huì )體育場(chǎng)等大范圍的聽(tīng)眾面前講話(huà)，他（或她）會(huì )在稱(chēng)為“麥克風(fēng)”或簡(jiǎn)稱(chēng)為Mic的設備前講話(huà)。
麥克風(fēng)是一種將來(lái)自揚聲器的聲波轉換為電信號的設備。但是來(lái)自麥克風(fēng)的電信號的能量（或振幅）很小。如果我們在遠距離上發(fā)送此小幅度信號，它會(huì )由于各種損耗而失去強度，無(wú)法驅動(dòng)揚聲器。
因此，在將電信號從麥克風(fēng)傳輸到揚聲器之前，必須將它們的幅度放大。放大器是一種電子系統或設備，它接收小的電信號并以極大的幅度擁有其幅度并產(chǎn)生高幅度的電信號。
現在可以將放大后的信號饋送到揚聲器以對其進(jìn)行驅動(dòng)。
信號表示
設計和構建電子電路或系統的主要動(dòng)機是處理信息或能量。放大器，收音機，計算機等是典型的電子系統的示例，這些電子系統處理信息，如先前的“公共廣播系統”示例所示。
通常，處理信息包括以下功能：
- 信息操縱或計算
- 電子系統的另一個(gè)目的是像復雜的電源或簡(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或電信號。
- 這些電信號可以是電流或電壓，并且電子電路網(wǎng)絡(luò )將處理這些信號。
模擬信號和數字信號
世界上幾乎所有信號都是模擬信號，即它們是不斷變化的值。自然界中有很多連續可變信號或簡(jiǎn)單的模擬信號，例如光，運動(dòng)，聲音，溫度，壓力等。
下圖顯示了典型的模擬信號。
與模擬信號的連續表示相反，數字信號的離散電平有所不同。通常，數字信號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都是連續的模擬信號，將信號表示為離散值也有其自身的優(yōu)勢。
傳統上和歷史上，所有電子設備僅處理模擬信息。但是技術(shù)的發(fā)展導致使用數字信號來(lái)簡(jiǎn)化處理，這種技術(shù)被稱(chēng)為數字信號處理。
電子電路和系統的分類(lèi)
可以使用各種半導體電子設備（例如PN結二極管，雙極結晶體管（BJT），場(chǎng)效應晶體管（FET）等）以及無(wú)源組件（例如電阻器和電容器）來(lái)實(shí)現信號處理。
許多此類(lèi)電路的互連（每個(gè)電路都執行特定任務(wù)）會(huì )形成完整的電子系統或設備?；趯δM和數字信號的上述理解，可以以?xún)煞N方式進(jìn)行電子電路的設計。他們是：
- 模擬電路
- 數字電路
模擬電路和數字電路是一種基于它們處理的信號在兩種類(lèi)型的電子電路之間進(jìn)行區分的經(jīng)典方法。簡(jiǎn)而言之，模擬電路處理連續的模擬信號，而數字電路處理離散的數字信號。
現在，讓我們通過(guò)簡(jiǎn)單的示例查看每種類(lèi)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)處理模擬數據。
模擬電路可能非常簡(jiǎn)單，例如組合電阻器以形成分壓器，或組合運算放大器（內部包含晶體管），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。
這是使用運算放大器，電阻器和電容器實(shí)現的簡(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(zhù)的增益。
老式陰極射線(xiàn)示波器（CRO）是可以檢測廣告分析模擬信號的模擬設備。
數字電路
相反，數字電路也是主要使用數字電子組件來(lái)處理數字信號而構建的一種電子電路。在低電平時(shí)，數字電路由晶體管，邏輯門(mén)（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。
所有數字電路都在二進(jìn)制數字信號上工作，即僅使用兩個(gè)電壓電平表示狀態(tài)信號，即ON或OFF。為了執行各種數字信號處理，所有數字電路都包含快速開(kāi)關(guān)設備，例如二極管和晶體管，并且數字電路的一些重要功能是多路復用，解復用，存儲器，組合邏輯，順序邏輯等。
以下是使用CD4017計數器IC構建的簡(jiǎn)單數字電路的示例。
這可能還不清楚，但是如果您看一下CD4017 IC的內部結構，就會(huì )發(fā)現它實(shí)際上是使用與門(mén)，或非門(mén)，反相器，觸發(fā)器和緩沖器構造的。
即使所有現代計算機都是使用模擬電子組件構建的，它們也都可以在數字領(lǐng)域中工作。由于大多數物理世界都是模擬的，因此在計算機可以執行任何操作之前，必須將模擬信號轉換為數字信號。