الالكترونيات التناظرية

الإلكترونيات التناظرية ( بالإنجليزية الأمريكية : analogue electronic ) هي أنظمة إلكترونية ذات إشارة متغيرة باستمرار ، على النقيض من الإلكترونيات الرقمية حيث تأخذ الإشارات عادةً مستويين فقط . يصف مصطلح التناظرية العلاقة التناسبية بين الإشارة والجهد أو التيار الذي يمثل الإشارة. كلمة تناظرية مشتقة من الكلمة اليونانية ανάλογος analogos والتي تعني متناسب . ^[1]

تستخدم الإشارة التناظرية بعض سمات الوسيط لنقل معلومات الإشارة. على سبيل المثال، يستخدم مقياس الضغط الجوي اللاسائلي الموضع الزاوي لإبرة أعلى صندوق منقبض ومتمدد كإشارة لنقل معلومات التغيرات في الضغط الجوي . ^[2] قد تمثل الإشارات الكهربائية المعلومات عن طريق تغيير الجهد أو التيار أو التردد أو الشحنة الكلية . يتم تحويل المعلومات من شكل فيزيائي آخر (مثل الصوت أو الضوء أو درجة الحرارة أو الضغط أو الموضع) إلى إشارة كهربائية بواسطة محول يحول نوعًا واحدًا من الطاقة إلى نوع آخر (مثل الميكروفون ). ^[3]

تأخذ الإشارات أي قيمة من نطاق معين، وتمثل كل قيمة إشارة فريدة معلومات مختلفة. أي تغيير في الإشارة له معنى، ويمثل كل مستوى من مستويات الإشارة مستوى مختلفًا من الظاهرة التي تمثلها. على سبيل المثال، افترض أن الإشارة تُستخدم لتمثيل درجة الحرارة، حيث يمثل الفولت الواحد درجة مئوية واحدة . في مثل هذا النظام، تمثل 10 فولت 10 درجات، وتمثل 10.1 فولت 10.1 درجة.

هناك طريقة أخرى لنقل الإشارة التناظرية وهي استخدام التعديل . وفي هذه الطريقة، يتم تغيير إحدى خصائص إشارة الموجة الحاملة الأساسية: يتضمن التعديل السعوي (AM) تغيير سعة شكل موجة الجهد الجيبية بواسطة معلومات المصدر، ويغير التعديل الترددي (FM) التردد. كما تُستخدم تقنيات أخرى، مثل التعديل الطوري أو تغيير طور إشارة الموجة الحاملة. ^[4]

في التسجيل الصوتي التناظري، يؤدي التغير في ضغط الصوت الذي يضرب الميكروفون إلى إحداث تغير مماثل في التيار الذي يمر عبره أو الجهد عبره. يؤدي زيادة حجم الصوت إلى زيادة تقلب التيار أو الجهد بشكل متناسب مع الحفاظ على نفس الشكل أو الموجة .

يمكن أيضًا للأنظمة الميكانيكية والهوائية والهيدروليكية وغيرها من الأنظمة استخدام الإشارات التناظرية.

تتضمن الأنظمة التناظرية دائمًا ضوضاء عبارة عن اضطرابات أو اختلافات عشوائية، بعضها ناتج عن الاهتزازات الحرارية العشوائية للجسيمات الذرية. نظرًا لأن جميع الاختلافات في الإشارة التناظرية مهمة، فإن أي اضطراب يعادل تغييرًا في الإشارة الأصلية وبالتالي يظهر كضوضاء. ^[5] مع نسخ الإشارة وإعادة نسخها، أو نقلها عبر مسافات طويلة، تصبح هذه الاختلافات العشوائية أكثر أهمية وتؤدي إلى تدهور الإشارة . قد تشمل المصادر الأخرى للضوضاء التداخل من إشارات أخرى أو مكونات سيئة التصميم. يتم تقليل هذه الاضطرابات عن طريق التدريع واستخدام مكبرات الصوت منخفضة الضوضاء (LNA). ^[6]

نظرًا لأن المعلومات مشفرة بشكل مختلف في الإلكترونيات التناظرية والرقمية ، فإن الطريقة التي تعالج بها الإشارة تختلف بالتالي. يمكن أيضًا تكرار جميع العمليات التي يمكن إجراؤها على إشارة تناظرية مثل التضخيم والتصفية والتحديد وغيرها، في المجال الرقمي. كل دائرة رقمية هي أيضًا دائرة تناظرية، حيث يمكن تفسير سلوك أي دائرة رقمية باستخدام قواعد الدوائر التناظرية.

لقد أدى استخدام الإلكترونيات الدقيقة إلى جعل الأجهزة الرقمية رخيصة الثمن ومتاحة على نطاق واسع.

إن تأثير الضوضاء على الدائرة التناظرية هو دالة لمستوى الضوضاء . فكلما زاد مستوى الضوضاء، كلما زاد اضطراب الإشارة التناظرية، وأصبحت أقل قابلية للاستخدام ببطء. وبسبب هذا، يقال إن الإشارات التناظرية "تفشل برشاقة". لا تزال الإشارات التناظرية قادرة على احتواء معلومات مفهومة بمستويات عالية جدًا من الضوضاء. من ناحية أخرى، لا تتأثر الدوائر الرقمية على الإطلاق بوجود الضوضاء حتى يتم الوصول إلى حد معين، وعند هذه النقطة تفشل بشكل كارثي. بالنسبة للاتصالات الرقمية ، من الممكن زيادة حد الضوضاء باستخدام مخططات وخوارزميات ترميز اكتشاف الأخطاء وتصحيحها . ومع ذلك، لا تزال هناك نقطة يحدث عندها فشل كارثي للرابط. ^{[7] [8]}

في الإلكترونيات الرقمية، نظرًا لأن المعلومات كمية ، طالما بقيت الإشارة داخل نطاق من القيم، فإنها تمثل نفس المعلومات. في الدوائر الرقمية، يتم إعادة توليد الإشارة عند كل بوابة منطقية ، مما يقلل الضوضاء أو يزيلها. ^{[9] [ فشل التحقق ]} في الدوائر التناظرية، يمكن إعادة توليد فقدان الإشارة باستخدام مكبرات الصوت . ومع ذلك، فإن الضوضاء تراكمية في جميع أنحاء النظام وسيضيف مكبر الصوت نفسه إلى الضوضاء وفقًا لرقم الضوضاء الخاص به . ^{[10] [11]}

هناك عدد من العوامل التي تؤثر على مدى دقة الإشارة، وبشكل أساسي الضوضاء الموجودة في الإشارة الأصلية والضوضاء المضافة عن طريق المعالجة (انظر نسبة الإشارة إلى الضوضاء ). تحد الحدود الفيزيائية الأساسية مثل ضوضاء اللقطة في المكونات من دقة الإشارات التناظرية. في الإلكترونيات الرقمية، يتم الحصول على دقة إضافية باستخدام أرقام إضافية لتمثيل الإشارة. يتم تحديد الحد العملي لعدد الأرقام من خلال أداء المحول التناظري إلى الرقمي (ADC)، حيث يمكن عادةً إجراء العمليات الرقمية دون فقدان الدقة. يأخذ المحول التناظري إلى الرقمي إشارة تناظرية ويحولها إلى سلسلة من الأرقام الثنائية . يمكن استخدام المحول التناظري إلى الرقمي في أجهزة العرض الرقمية البسيطة، مثل موازين الحرارة أو أجهزة قياس الضوء، ولكن يمكن استخدامه أيضًا في التسجيل الصوتي الرقمي وفي اكتساب البيانات. ومع ذلك، يتم استخدام المحول الرقمي إلى التناظري (DAC) لتغيير إشارة رقمية إلى إشارة تناظرية. يأخذ المحول التناظري إلى الرقمي سلسلة من الأرقام الثنائية ويحولها إلى إشارة تناظرية. من الشائع العثور على محول رقمي إلى تناظري في نظام التحكم في المكسب لمضخم التشغيل والذي يمكن استخدامه بدوره للتحكم في مكبرات الصوت والمرشحات الرقمية. ^[12]

عادةً ما يكون تصميم الدوائر التناظرية أصعب، حيث يتطلب مهارة أكبر من الأنظمة الرقمية المماثلة لتصورها. ^[13] عادةً ما يتم تصميم الدائرة التناظرية يدويًا لأن التطبيق مدمج في الأجهزة. من ناحية أخرى، تتمتع الأجهزة الرقمية بقدر كبير من التشابه عبر التطبيقات ويمكن إنتاجها بكميات كبيرة في شكل موحد. يتكون تصميم الأجهزة إلى حد كبير من كتل متطابقة متكررة ويمكن أن تكون عملية التصميم آلية للغاية. هذا هو أحد الأسباب الرئيسية التي جعلت الأنظمة الرقمية أكثر شيوعًا من الأجهزة التناظرية. ومع ذلك، فإن تطبيق الأجهزة الرقمية هو وظيفة البرنامج / البرامج الثابتة وإنشاء هذا لا يزال عملية كثيفة العمالة إلى حد كبير. منذ أوائل العقد الأول من القرن الحادي والعشرين، كانت هناك بعض المنصات التي تم تطويرها والتي مكنت من تعريف التصميم التناظري باستخدام البرامج - مما يسمح بإنشاء نماذج أولية أسرع. علاوة على ذلك، إذا كان الجهاز الإلكتروني الرقمي سيتفاعل مع العالم الحقيقي، فسوف يحتاج دائمًا إلى واجهة تناظرية. ^[14] على سبيل المثال، يحتوي كل جهاز استقبال راديو رقمي على مكبر صوت تناظري كمرحلة أولى في سلسلة الاستقبال.

لقد أصبح تصميم الدوائر التناظرية أسهل كثيرًا بفضل ظهور محاكيات الدوائر البرمجية مثل SPICE . طورت شركة IBM محاكيها الخاص، ASTAP ، في سبعينيات القرن العشرين والذي استخدم طريقة غير عادية (مقارنةً بمحاكيات أخرى) لتحليل الدوائر باستخدام مصفوفة متفرقة .

يمكن أن تكون الدوائر التناظرية سلبية بالكامل ، وتتكون من المقاومات والمكثفات والمحاثات . تحتوي الدوائر النشطة أيضًا على عناصر نشطة مثل الترانزستورات . يتم بناء الدوائر التقليدية من عناصر مجمعة - أي مكونات منفصلة. ومع ذلك، فإن البديل هو الدوائر ذات العناصر الموزعة ، والتي يتم بناؤها من قطع من خطوط النقل .

• شريحة تناظرية
• الحاسوب التناظري
• التحقق التناظري
• مقارنة بين التسجيل التناظري والرقمي
• البيانات الرقمية - للمقارنة مع البيانات التناظرية