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技术专题
数字电路与模拟电路之间的差异
数字电路与模拟电路之间的差异
介绍
电子是电气工程的一个主要子分支，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。
作为电气工程的一个分支，电子学处理电流，但是，电流的产生是由于电子（或电荷载流子，通常是气体）或真空中在早期阶段受控流向现代设备中的固态半导体。
实际上，电子学领域的重大突破是半导体材料的使用，这使电子电路和设备变得小巧，便宜，可靠且功耗非常低。
典型电子系统
电子学的大多数应用是在通信领域。因此，让我们以一个简单的通信系统为例，看看典型的电子系统是什么样的。
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体育场等大范围的听众面前讲话，他（或她）会在称为“麦克风”或简称为Mic的设备前讲话。
麦克风是一种将来自扬声器的声波转换为电信号的设备。但是来自麦克风的电信号的能量（或振幅）很小。如果我们在远距离上发送此小幅度信号，它会由于各种损耗而失去强度，无法驱动扬声器。
因此，在将电信号从麦克风传输到扬声器之前，必须将它们的幅度放大。放大器是一种电子系统或设备，它接收小的电信号并以极大的幅度拥有其幅度并产生高幅度的电信号。
现在可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
设计和构建电子电路或系统的主要动机是处理信息或能量。放大器，收音机，计算机等是典型的电子系统的示例，这些电子系统处理信息，如先前的“公共广播系统”示例所示。
通常，处理信息包括以下功能：
- 信息操纵或计算
- 电子系统的另一个目的是像复杂的电源或简单的灯泡一样处理电源。不管目的是为了处理信息还是能量，这些物理量都具体地表示为电子电路中的信号或电信号。
- 这些电信号可以是电流或电压，并且电子电路网络将处理这些信号。
模拟信号和数字信号
世界上几乎所有信号都是模拟信号，即它们是不断变化的值。自然界中有很多连续可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，数字信号的离散电平有所不同。通常，数字信号中的离散电平只有两个值：ON和OFF。即使自然界中的所有物理信号都是连续的模拟信号，将信号表示为离散值也有其自身的优势。
传统上和历史上，所有电子设备仅处理模拟信息。但是技术的发展导致使用数字信号来简化处理，这种技术被称为数字信号处理。
电子电路和系统的分类
可以使用各种半导体电子设备（例如PN结二极管，双极结晶体管（BJT），场效应晶体管（FET）等）以及无源组件（例如电阻器和电容器）来实现信号处理。
许多此类电路的互连（每个电路都执行特定任务）会形成完整的电子系统或设备。基于对模拟和数字信号的上述理解，可以以两种方式进行电子电路的设计。他们是：
- 模拟电路
- 数字电路
模拟电路和数字电路是一种基于它们处理的信号在两种类型的电子电路之间进行区分的经典方法。简而言之，模拟电路处理连续的模拟信号，而数字电路处理离散的数字信号。
现在，让我们通过简单的示例查看每种类型。
模拟电路
如前所述，模拟电路是一种电子电路，它使用诸如电阻器，电容器，二极管，晶体管等的模拟组件来处理模拟数据。
模拟电路可能非常简单，例如组合电阻器以形成分压器，或组合运算放大器（内部包含晶体管），电阻器，二极管等以形成放大器。
以下是一个简单的模拟电路的示例。
这是使用运算放大器，电阻器和电容器实现的简单放大器电路。通过为电阻器和电容器选择合适的值，可以在输出端获得显着的增益。
老式阴极射线示波器（CRO）是可以检测广告分析模拟信号的模拟设备。
数字电路
相反，数字电路也是主要使用数字电子组件来处理数字信号而构建的一种电子电路。在低电平时，数字电路由晶体管，逻辑门（AND，NAND，NOT等）的组合以及在高层时的微控制器和处理器组成。
所有数字电路都在二进制数字信号上工作，即仅使用两个电压电平表示状态信号，即ON或OFF。为了执行各种数字信号处理，所有数字电路都包含快速开关设备，例如二极管和晶体管，并且数字电路的一些重要功能是多路复用，解复用，存储器，组合逻辑，顺序逻辑等。
以下是使用CD4017计数器IC构建的简单数字电路的示例。
这可能还不清楚，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与门，或非门，反相器，触发器和缓冲器构造的。
即使所有现代计算机都是使用模拟电子组件构建的，它们也都可以在数字领域中工作。由于大多数物理世界都是模拟的，因此在计算机可以执行任何操作之前，必须将模拟信号转换为数字信号。