سیگنال آنالوگ (Analog Signal)، در ریاضیات (Mathematics)
انواع سیگنال ها (Signal) را در آموزش زیر شرح دادیم :
سیگنال آنالوگ (Analog Signal) :
تعریف: سیگنال آنالوگ سیگنالی است که هم در زمان و هم در دامنه پیوسته است. یعنی می تواند هر مقدار دلخواه (در یک بازه مشخص) را در هر لحظه از زمان اختیار کند. این سیگنال ها مستقیما پدیده های فیزیکی را نمایندگی می کنند.
ماهیت فیزیکی: اکثر کمیت های فیزیک در طبیعت به صورت آنالوگ هستند. برای مثال، سرعت یک خودرو می تواند هر مقداری بین ۰ تا ۲۰۰ کیلومتر بر ساعت باشد و در هر لحظه قابل تغییر است. ولتاژ خروجی یک سلول خورشیدی نیز متناسب با شدت نور تغییر می کند.
\[ x(t) \in \mathbb{R}, \quad t \in \mathbb{R} \]تفاوت با سیگنال دیجیتال: در سیگنال آنالوگ، دامنه می تواند هر مقدار حقیقی (با دقت بی نهایت) باشد، در حالی که سیگنال دیجیتال تنها تعداد محدودی مقدار گسسته (مثل ۰ و ۱ یا سطوح کوانتیده) دارد. همچنین زمان در آنالوگ پیوسته و در دیجیتال گسسته است.
نمونه های کلاسیک: امواج صوتی در هوا (فشار هوا)، سیگنال ویدئویی آنالوگ در تلویزیون های قدیمی، سیگنال رادیویی FM، خروجی سنسورهای آنالوگ مانند پتانسیومتر، ترموکوپل، و شتاب سنج های آنالوگ.
مزایا: سادگی در تولید و پردازش با قطعات الکترونیکی آنالوگ (مثل خازن، مقاومت، آپ امپ)، نمایش مستقیم پدیده های فیزیکی بدون نیاز به تبدیل، پهنای باند بسیار بالا (در تئوری بینهایت)، و عدم وجود نویز کوانتیدگی.
معایب: حساسیت به نویز و اعوجاج، دشواری در ذخیره سازی با دقت بالا (نوارهای مغناطیسی آنالوگ دچار فرسودگی می شوند)، تکثیر سیگنال با افت کیفیت همراه است (مثل کپی کردن نوار ویدیویی VHS)، و پردازش پیشرفته با مدارهای آنالوگ بسیار پیچیده است.
مدارهای آنالوگ: پردازش سیگنال آنالوگ توسط مدارهایی مانند تقویت کننده ها، فیلترهای آنالوگ (اکتیو و پسیو)، نوسان سازها، و مدولاتورها انجام می شود. این مدارها با ولتاژ و جریان پیوسته کار می کنند.
تبدیل به دیجیتال: برای استفاده از مزایای پردازش دیجیتال، سیگنال های آنالوگ توسط مبدل آنالوگ به دیجیتال (ADC) به سیگنال دیجیتال تبدیل می شوند. این فرایند شامل نمونه برداری (گسسته سازی زمان) و کوانتیده سازی (گسسته سازی دامنه) است.
بازیابی از دیجیتال: برعکس، مبدل دیجیتال به آنالوگ (DAC) سیگنال دیجیتال را دوباره به آنالوگ تبدیل می کند. این کار با ایجاد پله هایی در ولتاژ و سپس هموارسازی با فیلتر پایین گذر انجام می شود.
محدودیت های عملی: در عمل، هیچ سیگنال آنالوگی کاملا "پیوسته" نیست، زیرا اندازه گیری ها همیشه با دقت محدودی همراه هستند. همچنین نویز الکترونیکی (حرارتی، شات) همواره به سیگنال آنالوگ اضافه می شود.
اهمیت تاریخی: تا چند دهه پیش، تمام سیستم های مخابراتی، ضبط صدا و تصویر، و کنترل بر پایه آنالوگ بودند. اختراع ترانزیستور و سپس مدارهای مجتمع، پیشرفت زیادی در این زمینه ایجاد کرد، اما امروزه بسیاری از این سیستم ها دیجیتال شده اند.
کاربردهای امروزی: با وجود پیشرفت دیجیتال، بسیاری از بخش های جلویی (front-end) گیرنده های مخابراتی، سنسورها، و تقویت کننده های توان همچنان آنالوگ هستند. همچنین در زمینه هایی مانند سینت سایزرهای آنالوگ موسیقی، هنوز علاقه مندان خاص خود را دارد.
جمع بندی: سیگنال آنالوگ پل بین دنیای فیزیکی و الکترونیک است. درک آن برای هر مهندس برق و کامپیوتر ضروری است، حتی اگر بیشتر کارها دیجیتال باشد.
