Analoogelektroonika
Analoogelektroonika on elektroonika haru, mis tegeleb pidevalt muutuvate signaalidega (analoogsignaalidega) ja erineb sellega digitaalelektroonikast, kus töödeldakse digitaal- ehk arvsignaale. Päriselus puutuvad inimesed kokku just analoogsignaalidega (näiteks helid).[1]
Termin "analoog" kirjeldab signaali ja signaali esindava voolu või pinge võrdelist suhet. Sõna "analoog" tuleb kreeka keelsest sõnast ανάλογος (analogos) ja tähendab "proportsionaalne".[2]
Sisukord |
[redigeeri] Analoogsignaal
Pikemalt artiklis Analoogsignaal
Analoogsignaal kasutab andmekandja mingit omadust signaali informatsiooni esitamiseks. Näiteks aneroidbaromeeter kasutab näidiku nõela pöördenurka informatsiooni esitamiseks õhurõhu muutuste kohta.[3] Elektrilised signaalid esitavad infot läbi voolutugevuse, pinge, sageduse või kogulaengu muutuste. Informatsioon muundatakse mingist füüsikalisest suurusest (heli, valgus, temperatuur, rõhk, asend) elektriliseks signaaliks, kasutades muundurit, mis muundab energiat ühest liigist teiseks (näiteks mikrofon).[4]
Signaalid võivad omada väärtusi kogu vahemiku ulatuses ja iga väärtus kannab erinevat infot. Näiteks kui signaali kasutataks temperatuuri esitamiseks ja iga volt tähendaks ühte kraadi Celsiuse skaalal. Sellises süsteemis tähendab 10 volti 10 kraadi ja 10,1 volti 10,1 kraadi.
Teine meetod analoogsignaali tõlgendamiseks on modulatsioon. Selle korral muudetakse mingit signaali põhiomadust. Amplituudmodulatsiooni korral muudetakse voolu sinusoidset lainekuju, sagedusmodulatsiooni korral muudetakse sagedust. Kasutatakse ka faasimodulatsiooni või kandesignaali faasi muutmise tehnikaid.[5]
Heli salvestamisel analoogelektroonikaga tekitab helist tingitud rõhuerinevus rõhu mikrofonile, mis omakorda tekitab vastava pinge või voolu. Helitugevuse tõus põhjustab vastava tõusu ka voolutugevuses, samas kui signaali lainekuju jääb samaks.
Mehaanilised, pneumaatilised, hüdraulilised ja teised süsteemid võivad samuti analoogsignaale kasutada.
[redigeeri] Rakendused
Analoogelektroonikal on suur hulk erinevaid rakendusi. Sisuliselt kõik elektroonilised süsteemid kasutavad mingis osas analoogelektroonikat: seda enamasti sisend- ja väljundsignaalide töötlemisel. Tänapäeval on enamik asju tehtavad nii digitaal- kui analoogelektroonikaga ja nii saab tihti otsustavaks majanduslik tasuvus.[6]
Tööstusseadmete puhul on tihti vaja, et mingi mõõdetava suurus muundatakse elektriliseks signaaliks. Vahel võetakse mõõdis koheselt digitaalsignaalina, vahel kõigepealt analoogsignaalina ja alles siis muundatakse digitaalsignaaliks.[7]
[redigeeri] Helisüsteemid ja multimeedia
- Pikemalt artiklis Helisüsteem
- Pikemalt artiklis Multimeedium
Tõenäoliselt tuntuim näide analoogelektroonika rakenduse kohta on helivõimendussüsteem, mis koosneb näiteks mikrofonist, võimendist ja kõlarist. Mikrofon muundab heli elektriliseks signaaliks, võimendi tugevdab signaali piisavalt, et seda saaks läbi kõlarite ette mängida.[8]
Erinevad multimeediasüsteemid kombineerivad tihti analoog- ja digitaalelektroonikat. Heli, mis on olemuselt analoogsignaal, salvestatakse ja konverteeritakse läbi analoog-digitaalmuunduri digitaalsignaaliks. Digitaalkujul saab selle salvestada CD-plaatidele ja muudele digitaalsetele andmekandjatele. Ettemängimisel digitaalsignaal dekodeeritakse, muudetakse analoogsignaaliks ja esitatakse läbi kõlarite. Varem laialt levinud vinüülplaatide ja helikassettide puhul salvestati analoogsignaalid otse andmekandjatele.[9]
Osad audiofiilid leiavad, et vinüülplaadid annavad oluliselt parema helikvaliteedi kui digitaalsed andmekandjad, kuna salvestavad signaali otse ja osa infost ei lähe digitaliseerimise käigus kaduma. Digitaalsete andmekandjate algusaegadel oli see vaieldamatult nii, kuid tehnika edasi arenedes on vahe oluliselt vähenenud, kui mitte märkamatuks muutunud.[10]
[redigeeri] Meditsiin
- Pikemalt artiklis Biomeditsiinitehnika
Analoogsignaale läheb vaja ka mitmes meditsiini diagnostika valdkonnas, näiteks ultrasonograafias ja elektrokardiogrammi puhul. Ultrasonograafia seade tekitab elektri abil helisignaali, mis läbib otse saatja vastas olevad pehmed koed ja peegeldub kaugematelt ja kõvematelt kudedelt tagasi. Tagasi peegeldunud signaal registreeritakse, muundatakse uuesti elektriliseks ja kuvatakse pildina ekraanil.[11]
Elektrokardiogramm mõõdab inimese südamelöökidest tulenevaid vooluimpulsse. Need läbivad võimendi ja kuvatakse ekraanile.[11]
[redigeeri] Telekommunikatsioon
- Pikemalt artiklis Telekommunikatsioon
Televisiooni- ja raadioülekannete salvestamiseks kasutatavad mikrofonid ja kaamerad võtavad info (heli ja video) alguses vastu analoogsignaalidena. Varasemalt analoogsignaale moduleeriti ja edastati kõrgsageduslike raadiolainetena, kuid tänapäeval on üha enam mindud üle signaali digitaliseerimisele.[12] Euroopa Liit on otsustanud, et alates 2012. aastast edastatakse liikmesriikides telesaateid digitaalselt. Eesti otsustas 2008. aastal[13], et 2010. aasta 1. juulil minnakse üle digitelevisioonile[14] ja seda ka tehti[15].
Telefoniliinid on sarnased muutused juba aastaid tagasi läbi teinud. Sellest hoolimata tuleb arvestada, et oma olemuselt on salvestatavad signaalid endiselt analoogsignaalid ja ka digitaalsel kujul salvestades tuleb enne läbida analoog-digitaalmuundur.[12]
[redigeeri] Vooluallikad
Elektroonikaseadmed kasutavad tavaliselt alalisvoolu. Mõned madalat voolu tarbivad seadmed saavad toite akudest ja patareidest (näiteks vooluvõrgu ühenduseta töötavad sülearvutid ja mobiiltelefonid). Teised seadmed peavad kasutama aga vooluvõrku (ka akude laadimiseks), kus on vahelduvvool (Euroopas 220 volti ja 50 hertsi). See tähendab, et voolu on tihti vaja alandada, tavaliselt 220 voldilt 6-24 voldini ja alalisvooluks muundada. Voolu alaldite ja trafode näol on aga tegemist analoogelektrooniliste seadmetega.[16]
[redigeeri] Signaalitöötlus
- Pikemalt artiklis Signaalitöötlus
Tänapäeval käib signaalitöötlus enamasti digitaalselt, sest digitaalelektroonika areng ja digitaalsignaali protsessorite ilmumine on selle lihtsaks ja taskukohaseks muutnud. Enne analoog-digitaalmuundurit tuleb signaal siiski läbi analoogfiltri lasta ja väga kõrgete sageduste korral on signaalitöötluseks endiselt kasutusel analoogelektroonika.[6]
[redigeeri] Pärilik müra
Eranditult kõigi analoogsüsteemide probleemiks on müra. Müraks nimetatakse juhuslikke häireid ja muudatusi, mis segunevad uuritava signaaliga. Mõned neist on põhjustatud aatomite juhuslikest termilistest vibratsioonidest. Kuna kõik analoogsignaali muudatused on olulised ja iga häire kajastub väljundis, nimetatakse seda müraks.[17][18] Kui signaali kopeeritakse (vahel korduvalt) või saadetakse üle pika vahemaa, siis need juhuslikud muudatused omandavad suurema tähtsuse ja signaali kvaliteet väheneb. Müra signaalis võivad põhjustada ka välised elektrilised signaalid ja kehvad elektroonikakomponendid. Häireid vähendatakse varjestamise ja müravabade võimendite abil.[19]
[redigeeri] Analoog- ja digitaalelektroonika võrdlus
Kuna Analoog- ja digitaalelektroonika kodeerivad infot erinevalt, siis töödeldakse ka signaale erinevalt. Kõiki analoogelektroonikaga tehtavaid operatsioone, nagu võimendamine ja filtreerimine, saab teha ka digitaalelektroonikaga. Iga digitaalelektroonika skeem on samal ajal ka analoogelektroonika skeem ja kõigi digitaalskeemide käitumist saab seletada analoogskeemidele rakenduvate reeglite järgi.
Esimesed loodud ja masstoodetud elektroonikaseadmed olid analoogseadmed. Mikroelektroonika on vähendanud digitaalelektroonika hinda ja muudab selle taskukohaseks.[20]
[redigeeri] Müra
Informatsiooni kodeerimisviisi tõttu on analoogsüsteemid müra suhtes tundlikud: väike muudatus signaalis võib tähendada olulist muudatust informatsioonis, mida signaal kannab ja võib põhjustada infokadu. Digitaalsignaalid omavad põhimõtteliselt ainult kahte võimalikku väärtust ja seetõttu peab müra olema põhisignaalist poole võimsam, et tekiks viga. Seda digitaalskeemide omadust saab kasutada signaalitöötluse mürakindlaks muutmisel. Kuna digitaalelektroonikas on signaalid kvanditud, jääb kantav info samaks, kuni signaali püsib kindlates väärtuste vahemikus. Digitaalskeemid kasutavad seda põhimõtet, et regenereerida signaal iga loogilise värava juures, vähendades ja nii müra eemaldades.[21]
[redigeeri] Täpsus
Signaali täpsust mõjutavad mitmed tegurid, kuid peamiselt algses signaalis sisalduv ja signaali töötlemise ajal tekkiv müra (signaali-müra suhe). Füüsikaseadustest tulenevad piirangud, näiteks komponentide haavelmüra (voolutugevuse väiksed juhuslikud kõikumised), vähendavad analoogsignaali resulutsiooni. Digitaalelektroonikas saavutatakse lisatäpsus komakohtade lisamisega signaali esitamiseks. Selle, kui mitut komakohta on üldse mõtet kasutada, määrab ära analoog-digitaalmuundur. Digitaalsed operatsioonid ise kulgevad tavaliselt kadudeta signaali täpsuses. Analoog-digitaalmuundur muudab analoogsignaali reaks binaararvudeks. Analoog-digitaalmuundureid leidub lihtsates digitaalnäidikuga seadmetes, nagu näiteks termomeetrid, kuid need kuuluvad ka digitaalsete helisalvestite koosseisu. Et digitaalsignaali uuesti analoogsignaaliks muundada, kasutatakse digitaal-analoogmuundureid. Digitaal-analoogmuundur saab sisendiks mingid binaararvud ja muundab need analoogsignaaliks. Neid kasutatakse tihti võimenduse reguleerimisseadmetes ja operatsioonivõimendites, mis omakorda võivad olla kasutusel digitaalvõimendites ja filtrites.[22]
[redigeeri] Vaata ka
[redigeeri] Viited
- ↑ Analog Electronics (kasutatud 30.10.2011) (Inglise keeles)
- ↑ Concise Oxford dictionary (10 ed.). Oxford University Press Inc.. 1999. ISBN 0198602871.
- ↑ George Washington Plympton, The aneroid barometer: its construction and use. D. Van Nostran Co, 1884.
- ↑ Singmin 2001, lk. 9
- ↑ Mark R. Miller. Electronics the Easy Way. Barron's Educational Series. 2002 ISBN 0764119811. lk 232-239
- ↑ 6,0 6,1 Crecraft, Gergely 2002, lk. 12
- ↑ Crecraft, Gergely 2002, lk. 7-8
- ↑ Crecraft, Gergely 2002, lk. 2-3
- ↑ Crecraft, Gergely 2002, lk. 5-6
- ↑ Does digital sound better than analog? (Inglise keeles, kasutatud 03.11.2011)
- ↑ 11,0 11,1 Crecraft, Gergely 2002, lk. 6-7
- ↑ 12,0 12,1 Crecraft, Gergely 2002, lk. 8-9
- ↑ Kadri Masing. Analoogtelevisioon kaob 2010. aastal. Eesti Päevaleht, 03.04.2008. Kasutatud 31.10.2011. (Eesti keel)
- ↑ TELE: Eesti läheb aasta pärast üle digilevile. Tehnikamaailm, 02.07.2009. Ühinenud Ajakirjad AS. Kasutatud 31.10.2011. (Eesti keel)
- ↑ Oliver Kahu. Eesti läks üle digilevile. http://uudised.err.ee, 01.07.2010. Eesti Rahvusringhääling. Kasutatud 31.10.2011. (Eesti keel)
- ↑ Crecraft, Gergely 2002, lk. 10-11
- ↑ Hsu 2003, lk. 202
- ↑ What are Analog Electronics? (Kasutatud 31.10.2011) (Inglise keeles).
- ↑ Carr 2000, lk. 423
- ↑ Roe, Wilpon 1994, lk. 19
- ↑ Chen 2005, lk. 101
- ↑ Scherz 2006, lk. 730
[redigeeri] Kirjandus
- D. I Crecraft, S Gergely. Analog Electronics: Circuits, Systems and Signal Processing Butterworth-Heinemann 2002 ISBN 0750650958.
- Andrew Singmin, Beginning digital electronics through projects, 2001 Newnes. ISBN 0750672696.
- Hwei Piao Hsu. Schaum's outline of theory and problems of analogue and digital communications. McGraw-Hill Professional, 2003. ISBN 0071402286.
- Joseph J. Carr. Secrets of RF circuit design McGraw-Hill Professional, 2000. ISBN 0071370677.
- David B. Roe, Jay G. Wilpon . Voice communication between humans and machines, U.S. National Academy of Science Press, 1994. ISBN 0309049887.
- Wai-Kai Chen. The electrical engineering handbook, Academic Press, 2005. ISBN 0121709600.
- Paul Scherz. Practical electronics for inventors, McGraw-Hill Professional, 2006. ISBN 0071452816.
