تشریح مختصری از آنالوگ و دیجیتال

در آنالوگ با فاکتورهای مقادیر سر و کار داریم مثلآ در یک تقویت کننده ساده مقدار ولتاژ ورودی مقاومت ورودی ولتاژهای بیس و کلکتور و امیتر و خروجی و جریان های مختلف امپدانس ها و مقادیر خازنها و مقاومتها و ضریب تقویت ها درگیر میباشیم با تغییر در هر کدام از این فاکتورها می توان یک تقویت کننده ساده را به ده ها و یا صد ها شکل طراحی نمود. این یکی از پیچیدگی های مهم مدارات آنالوگ می باشد. به همین دلیل تغییر در یکی از این فاکتورها در یک دستگاه آنالوگ طراحی شده می تواند باعث ایجاد اشکال در کارکرد دستگاه شود . علت این تغییرات می تواند تلورانس قطعات یا فرسودگی قطعات در یک مدار می باشد که باعث تغییر در یکی از فاکتورهای ولتاژ یا جریان در آن مدار می شود.

تعریف دیگری که از آنالوگ می کنند . این است که سیگنالهای آنالوگ پیوسته هستند . یعنی یک سیگنال دارید که در زمان صفر ولتاژ صفر میباشد . و در زمان یک میشود یک ولت و در زمان دو میشود 1.5 ولت و در زمان سه میشود 2 ولت و در زمان چهارم به یک ولت کاهش می یابد .... همانطور که مشاهده فرمودید . این تغییرات ولتاژ از صفر تا 2 ولت و سپس به مقادیر کمتر یک خط پیوسته را طی می کند . و بین آنها فاصله ای وجود ندارد .

سر و کار داشتن با مقادیر دامنه سیگنال و پیوسته بودن سیگنال خود باعث ایجاد محدودیت زیادی در طراحی مدارات الکترونیک میکند. بطور مثال اگر بخواهیم اعداد 1 تا 10 را با ولتاژ نشان دهیم . می توانیم برای هر عدد یک ولت را در نظر بگیرم . یعنی برای عدد یک – یک ولت – و برای عدد دو – دو ولت - و الی آخر برای عدد ده – ده ولت – را تعیین کنیم . شاید به نظر ساده و درست بیاید . اما حالا فرض کنید می خواهیم عدد یک میلیون را نشان دهیم . چه باید کرد . همانطور که می بینید ممکن نیست که با یک ولتاژ یک میلیون ولتی بخواهیم عدد یک میلیون را نشان دهیم .

مشکل بعدی که در سیگنالهای آنالوگ وجود دارد . وابستگی ولتاژ با جریان میباشد . یعنی نمی توان یکی از این فاکتورها را مستقل از دیگری در نظر گرفت و تغییری در آن ایجاد کرد . یعنی با تغییر یک مقاومت در یک مدار نه تنها ولتاژ آن نقطه تغییر می کند . بلکه جریان آن خط نیز تغییر می کند . و این تغییرات گاهی کل مدار را بهم می ریزد . در نتیجه وابستگی این دو فاکتور نیز یکی از بزرکترین محدودیت در طراحی بعضی از مدارات می باشد .

و اما دیجیتال . دیجیت یعنی عدد و مدارات دیجیتالی فارغ از مقادیر ولتاژ و جریان فقط با عدد کار میکند . البته ریشه علم دیجیتال مربوط به الکترونیک نمی باشد . ریشه در یک بحث فلسفی و منطقی دارد . به همین دلیل در بعضی از کتابها به آن مدارات منطقی نیز می گویند . همانطور که گفته شد در دیجیتال از عدد استفاده می شود . ما در محاسبات عددی روزمره خود از اعداد در مبنای 10 استفاده می کنیم . یعنی اعداد صفر تا 9 . اما برای تبدیل عدد به سیگنالهای الکتریکی اگر بخواهیم از مبنای ده استفاده کنیم . باز دچار مشکل خواهیم شد . چرا که نیاز به ده سطح ولتاژ خواهیم داشت . که این کار همان مشکلات سیستم آنالوگ را به همراه خواهد داشت . به همین دلیل به جای مبنای ده در دیجیتال از مبنای دو استفاده میشود . یعنی صفر و یک . با تعیین دو سطح ولتاژ مثلآ صفر ولت و 5 ولت می توان به راحتی این دو عدد را نشان داد .

نکته قابل توجه در اینجا این است که تمام فاکتورهای فیزیکی موجود در طبیعت مثل نور و صدا و گرما و فشار و سرعت و شتاپ و نیرو ... بصورت آنالوگ میباشد . اما براحتی می توان بطور مستقیم یا غیر مستقیم آنها را تبدیل به سیگنالهای دیجیتالی یعنی عدد در مبنای دو نمود . سپس هر نوع عملیاتی را به دلخواه بر روی آن انجام داد . و در آخر آن را مجدد به سیگنالهای آنالوگ تبدیل نمود . مثل دوربینهای دیجیتال و تلویزیونهای دیجیتال و سیستمهای صوتی دیجیتال . این کار توسط مبدلهایی انجام می شود . به نام آنالوگ به دیجیتال و دیجیتال به آنالوگ که در سیستمهای دیجیتال مورد استفاده زیادی دارد .

مهمترین موارد استفاده از دیجیتال در محاسبات و کنترول می باشد . انجام هر نوع محاسبات ریاضی و کنترول بسیار دقیق متغیرهای یک سیستم طراحی یا ساخته شده توسط انسان می باشد . نمونه این عملیات را می توان در ماشین حسابها و ابررایانها و رباطها و سیستمهای کنترول در کارخانه ها و هواپیماها و بسیار نمونه های دیگر مشاهده کرد . که اگر علم دیجیتال نبود . شاید انجام آنها به این وسعت هرگز ممکن نبود .

امروزه تنها محدودیتی که برای دیجیتال وجود دارد . سرعت و فضا می باشد . سرعت انتقال و محاسبات سیگنالهای دیجیتال و فضای لازم برای ذخیره این سیگنالها می باشد . امروزه تمام پیشرفت های صورت گرفته در زمینه دیجیتال و ساخت دستگاههای جدید در پی پیشرفت در این زمینه یعنی بالا رفتن سرعت و افزایش حافظه در دیجیتال می باشد .