La electrónica analógica ( inglés americano : analog electronics ) son sistemas electrónicos con una señal continuamente variable, a diferencia de la electrónica digital donde las señales suelen tomar solo dos niveles . El término analógico describe la relación proporcional entre una señal y un voltaje o corriente que representa la señal. La palabra análogo se deriva de la palabra griega ανάλογος analogos que significa proporcional . [1]
Una señal analógica utiliza algún atributo del medio para transmitir la información de la señal. Por ejemplo, un barómetro aneroide utiliza la posición angular de una aguja encima de una caja que se contrae y se expande como señal para transmitir información de los cambios en la presión atmosférica . [2] Las señales eléctricas pueden representar información cambiando su voltaje , corriente , frecuencia o carga total . La información se convierte de alguna otra forma física (como sonido , luz , temperatura , presión , posición) a una señal eléctrica mediante un transductor que convierte un tipo de energía en otro (por ejemplo, un micrófono ). [3]
Las señales toman cualquier valor de un rango determinado y cada valor de señal único representa información diferente. Cualquier cambio en la señal es significativo y cada nivel de la señal representa un nivel diferente del fenómeno que representa. Por ejemplo, supongamos que la señal se utiliza para representar la temperatura, donde un voltio representa un grado Celsius . En tal sistema, 10 voltios representarían 10 grados y 10,1 voltios representarían 10,1 grados.
Otro método para transmitir una señal analógica es utilizar modulación . En esto, alguna señal portadora base tiene una de sus propiedades alteradas: la modulación de amplitud (AM) implica alterar la amplitud de una forma de onda de voltaje sinusoidal mediante la información de la fuente, la modulación de frecuencia (FM) cambia la frecuencia. También se utilizan otras técnicas, como la modulación de fase o el cambio de fase de la señal portadora. [4]
En una grabación de sonido analógica, la variación de presión de un sonido que golpea un micrófono crea una variación correspondiente en la corriente que lo atraviesa o en el voltaje que lo atraviesa. Un aumento en el volumen del sonido hace que la fluctuación de la corriente o el voltaje aumente proporcionalmente mientras se mantiene la misma forma de onda .
Los sistemas mecánicos , neumáticos , hidráulicos y otros también pueden utilizar señales analógicas.
Los sistemas analógicos incluyen invariablemente ruido que son perturbaciones o variaciones aleatorias, algunas causadas por vibraciones térmicas aleatorias de partículas atómicas. Dado que todas las variaciones de una señal analógica son significativas, cualquier perturbación equivale a un cambio en la señal original y, por tanto, aparece como ruido. [5] A medida que la señal se copia y vuelve a copiar, o se transmite a largas distancias, estas variaciones aleatorias se vuelven más significativas y conducen a la degradación de la señal . Otras fuentes de ruido pueden incluir interferencias de otras señales o componentes mal diseñados. Estas perturbaciones se reducen mediante blindaje y mediante el uso de amplificadores de bajo ruido (LNA). [6]
Dado que en la electrónica analógica y digital la información se codifica de forma diferente , la forma en que procesan una señal también es diferente. Todas las operaciones que se pueden realizar en una señal analógica, como amplificación , filtrado , limitación y otras, también se pueden duplicar en el dominio digital. Todo circuito digital es también un circuito analógico, en el sentido de que el comportamiento de cualquier circuito digital puede explicarse utilizando las reglas de los circuitos analógicos.
El uso de la microelectrónica ha hecho que los dispositivos digitales sean baratos y estén ampliamente disponibles.
El efecto del ruido en un circuito analógico es función del nivel de ruido. Cuanto mayor es el nivel de ruido, más se perturba la señal analógica y poco a poco se vuelve menos utilizable. Por esta razón, se dice que las señales analógicas "fallan con gracia". Las señales analógicas aún pueden contener información inteligible con niveles de ruido muy altos. Los circuitos digitales, por el contrario, no se ven afectados en absoluto por la presencia de ruido hasta que se alcanza un determinado umbral, momento en el que fallan catastróficamente. Para las telecomunicaciones digitales , es posible aumentar el umbral de ruido con el uso de esquemas y algoritmos de codificación de corrección y detección de errores . Sin embargo, todavía hay un punto en el que se produce un fallo catastrófico del enlace. [7] [8]
En electrónica digital, debido a que la información está cuantificada , mientras la señal permanezca dentro de un rango de valores, representa la misma información. En los circuitos digitales la señal se regenera en cada puerta lógica , disminuyendo o eliminando el ruido. [9] [ verificación fallida ] En circuitos analógicos, la pérdida de señal se puede regenerar con amplificadores . Sin embargo, el ruido es acumulativo en todo el sistema y el propio amplificador aumentará el ruido según su figura de ruido . [10] [11]
Varios factores afectan la precisión de una señal, principalmente el ruido presente en la señal original y el ruido agregado durante el procesamiento (ver relación señal-ruido ). Limitaciones físicas fundamentales, como el ruido de disparo en los componentes, limitan la resolución de las señales analógicas. En la electrónica digital se obtiene una precisión adicional utilizando dígitos adicionales para representar la señal. El límite práctico en el número de dígitos está determinado por el rendimiento del convertidor analógico a digital (ADC), ya que las operaciones digitales normalmente se pueden realizar sin pérdida de precisión. El ADC toma una señal analógica y la convierte en una serie de números binarios . El ADC se puede utilizar en dispositivos de visualización digitales simples, por ejemplo, termómetros o fotómetros, pero también se puede utilizar en la grabación de sonido digital y en la adquisición de datos. Sin embargo, se utiliza un convertidor de digital a analógico (DAC) para cambiar una señal digital a una señal analógica. Un DAC toma una serie de números binarios y los convierte en una señal analógica. Es común encontrar un DAC en el sistema de control de ganancia de un amplificador operacional que a su vez puede usarse para controlar amplificadores y filtros digitales. [12]
Los circuitos analógicos suelen ser más difíciles de diseñar y su conceptualización requiere más habilidad que los sistemas digitales comparables. [13] Un circuito analógico generalmente se diseña a mano porque la aplicación está integrada en el hardware. El hardware digital, por otro lado, tiene muchos puntos en común entre las aplicaciones y puede producirse en masa de forma estandarizada. El diseño de hardware consta en gran medida de bloques idénticos repetidos y el proceso de diseño puede automatizarse en gran medida. Esta es una de las principales razones por las que los sistemas digitales se han vuelto más comunes que los dispositivos analógicos. Sin embargo, la aplicación de hardware digital es una función del software / firmware y su creación sigue siendo en gran medida un proceso que requiere mucha mano de obra. Desde principios de la década de 2000, se desarrollaron algunas plataformas que permitieron definir el diseño analógico mediante software, lo que permite crear prototipos más rápido. Además, para que un dispositivo electrónico digital interactúe con el mundo real, siempre necesitará una interfaz analógica. [14] Por ejemplo, todo receptor de radio digital tiene un preamplificador analógico como primera etapa de la cadena de recepción.
El diseño de circuitos analógicos se ha visto enormemente facilitado por la llegada de simuladores de circuitos de software como SPICE . IBM desarrolló su propio simulador interno, ASTAP , en la década de 1970, que utilizaba un método de análisis de circuitos de matriz dispersa inusual (en comparación con otros simuladores) .
Los circuitos analógicos pueden ser completamente pasivos y constar de resistencias , condensadores e inductores . Los circuitos activos también contienen elementos activos como transistores . Los circuitos tradicionales se construyen a partir de elementos agrupados , es decir, componentes discretos. Sin embargo, una alternativa son los circuitos de elementos distribuidos , construidos a partir de trozos de línea de transmisión .
Barómetro aneroidede D. Van Nostran Co ..
Las señales provienen de transductores...
Hasta que apareció la radio...
La presencia de ruido degrada el rendimiento de los sistemas de comunicación.
Es común en los sistemas de microondas...
Ruido desde una perspectiva analógica (o de pequeña señal)...
Para que los dispositivos analógicos... se comuniquen con circuitos digitales...
Incluso dentro de las empresas que producen productos tanto analógicos como digitales...
