Analóg jel: definíció, működés, tulajdonságok és példák
Analóg jel: részletes definíció, működés, fontos tulajdonságok és gyakorlati példák — hang, fény, hőmérséklet és ipari alkalmazások egyszerű, érthető magyarázata.
Az analóg vagy folyamatos jel bármely olyan fizikai mennyiség, amely időben és értékben folytonosan változik, és ezek a változások hordozzák az információt. Matematikailag gyakran egy értékfüggvénnyel, például v(t) feszültség- vagy i(t) áramfüggvénnyel írható le.
Tulajdonságok
- A jel értékei elméletileg végtelen sok lehetséges szintet vehetnek fel (folytonosság időben és amplitúdóban).
- Leírhatók idő- és frekvenciatartományban is: az analóg jeleknek spektruma van, amely megadja, milyen frekvenciákból állnak össze.
- Hajlamosak zajra és torzításra — a fizikai közeg és az eszközök befolyásolják a jel minőségét (attenuáció, csillapítás, frekvenciafüggő válasz).
- Jellemzők: sávszélesség (milyen frekvenciákat képes átvinni), jelszint (amplitúdó), jel-zaj viszony (SNR) és linearitás vagy nemlinearitás.
Működés, közvetítési módok
A különbség a digitális jelekhez képest az, hogy a jel nagyon kis ingadozásai is értelmezhetőek. Az analóg jel továbbítása az adott közegben fellépő fizikai változásokon alapul: például elektromos áramkörökben feszültség- vagy áramváltozás formájában, mechanikus rendszerekben elmozdulásként vagy erőként, pneumatikus és hidraulikus rendszerekben nyomásváltozásként.
Gyakran gondolunk az elektromos jelre, de mechanikus, pneumatikus és más fizikai rendszerek is képesek analóg információt továbbítani. Az analóg jel a közeg valamely tulajdonságát használja fel a jel információjának kódolására és továbbítására.
Példák és gyakorlat
Bármilyen információt lehet analóg jellel közvetíteni; gyakori források a természeti jelenségek mért változásai, például a hang, a fény, a hőmérséklet, a helyzet vagy a nyomás. Ezeket érzékelők alakítják át analóg elektromos jellé (pl. feszültség vagy áram), amelyet aztán erősítenek, szűrnek vagy továbbítanak.
Például a hangfelvétel során a légnyomás (azaz a hang) változásai a mikrofon membránjára hatnak, ami egy elektromos áramkörben feszültség- vagy áramváltozást okoz. A keletkező feszültség az eredeti hang analógja, amelyet erősíteni és rögzíteni lehet (például magnetofonon, analóg keverőpulton vagy analóg felvevőeszközön).
Gyakorlati példák:
- Analóg audio: bakelit lemezek, szalagos felvételek, analóg rádióátvitel.
- Analóg televízió és videójelek (régi rendszerek, VHS stb.).
- Szenzorok: hőelem, termisztor, potenciométer, piezoelektromos nyomásérzékelő — mind analóg kimenettel.
- Elektronikus áramkörök: erősítők, oszcillátorok, analóg szűrők.
Átalakítás digitálisra és vissza
Az analóg jelek digitális feldolgozásához szükséges az analóg–digitális átalakítás (ADC): az analóg jel mintavételezésénél először aluláteresztő (anti-aliasing) szűrőt alkalmaznak, majd meghatározott időközönként mintát vesznek és kvantálják az értékeket. A digitális jel visszaalakításához digitális–analóg átalakítót (DAC) és gyakran egy rekonstrukciós szűrőt használnak. A mintavételezés során a Shannon–Nyquist tétel ad iránymutatást: a mintavételezési frekvencia legalább a jel felső frekvenciahatárának kétszerese kell legyen az aliasing elkerüléséhez.
Előnyök és hátrányok
- Előnyök: egyszerű közvetlen kapcsolat a fizikai jelenséggel, sok mérési és vezérlési alkalmazásban természetes megoldás.
- Hátrányok: érzékeny zajra, torzításra és jelromlásra; jel minősége a rendszertől és a környezeti hatásoktól függ; nehezebb hosszú távú, hibamentes tárolás és másolás (az analóg másolatoknál zaj gyűrűződik).
Összefoglalva: az analóg jel folyamatos fizikai változásokon alapuló információhordozó. Alkalmazása széles körű, de a modern rendszerekben gyakran találkozunk analóg és digitális technikák kombinációjával — az analóg jeleket digitalizálják feldolgozás, továbbítás vagy tárolás céljából, majd szükség szerint visszaalakítják analóggá.
A digitális és az analóg viszonyáról lásd: digitális.
Kérdések és válaszok
K: Mi az az analóg jel?
V: Az analóg jel minden olyan folyamatos jel, amelyben még a jel nagyon kis ingadozásai is értelmezhetőek.
K: Miben különbözik az analóg jel a digitális jeltől?
V: Az analóg jel azért különbözik a digitális jeltől, mert a jel kis ingadozásai jelentést hordoznak, míg a digitális jel csak diszkrét értékeket képvisel.
K: Az analóg csak az elektromos rendszerekre vonatkozik?
V: Nem, az analóg jelek mechanikus, pneumatikus, hidraulikus és egyéb rendszereken keresztül is továbbíthatók.
K: Hogyan közvetít egy analóg jel információt?
V: Az analóg jel a közeg valamilyen tulajdonságát (például hang, fény, hőmérséklet, pozíció vagy nyomás) használja fel a jel információjának továbbítására.
K: Mi a példa az analóg jelre?
V: Az analóg jelre példa a mikrofon membránjára ható légnyomásváltozás (hang), amely egy elektromos áramkörben feszültség- vagy áramváltozást okoz.
K: Mire utal az "analóg" kifejezés egy analóg jellel kapcsolatban?
V: Egy analóg jel esetében az "analóg" kifejezés arra utal, hogy a feszültség vagy az áram az eredeti hang vagy fizikai jelenség analóg megjelenítése.
K: Hol lehet összehasonlítani a digitális és az analóg jelet?
V: A digitális és az analóg jelek közötti vitát a "digitális" kifejezésre rákeresve találhatunk ugyanabban a forrásban, mint ebben a szövegben.
Keres