Signaux analogiques, discrets et numériques
Toute grandeur physique, par la nature de son changement de valeur, peut être constante (si elle n'a qu'une seule valeur fixe), discrète (si elle peut avoir deux valeurs fixes ou plus) ou analogique (si elle peut avoir un nombre infini de valeurs). Toutes ces grandeurs peuvent être numérisées.
Signaux analogiques
Un signal analogique est un signal qui peut être représenté par une ligne continue d'un ensemble de valeurs définies à chaque instant par rapport à l'axe des temps. Les valeurs d'un signal analogique sont arbitraires à tout instant, il peut donc généralement être représenté comme une sorte de fonction continue (dépendant du temps en tant que variable) ou comme une fonction continue par morceaux du temps.
Un signal analogique peut être appelé, par exemple, un signal audio généré par une bobine d'un microphone électromagnétique ou un amplificateur acoustique à tube, car un tel signal est continu et ses valeurs (tension ou courant) sont très différentes les unes des autres à n'importe quel moment dans le temps.
La figure ci-dessous montre un exemple de ce type de signal analogique.
Les valeurs analogiques peuvent avoir une variété infinie de valeurs dans certaines limites. Ils sont continus et leurs valeurs ne peuvent pas changer à pas de géant.
Un exemple de signal analogique : un thermocouple transmet une valeur de température analogique à l'automate programmable, qui contrôle la température dans un four électrique avec un relais statique.
Signaux discrets
Si un signal ne prend des valeurs aléatoires qu'à certains moments dans le temps, alors un tel signal est appelé discret. Le plus souvent, en pratique, on utilise des signaux discrets répartis sur une grille temporelle uniforme dont le pas est appelé pas d'échantillonnage.
Un signal discret ne prend certaines valeurs non nulles qu'aux instants d'échantillonnage, c'est-à-dire qu'il n'est pas continu, contrairement à un signal analogique. Si de petites parties d'une certaine taille sont découpées dans un signal sonore à intervalles réguliers, un tel signal peut être qualifié de discret.
Vous trouverez ci-dessous un exemple de génération d'un tel signal discret avec un intervalle d'échantillonnage T. Notez que seul l'intervalle d'échantillonnage est mesuré, pas les valeurs du signal elles-mêmes.
Les signaux discrets ont deux valeurs fixes ou plus (le nombre de leurs valeurs est toujours exprimé sous forme de nombres entiers).
Un exemple de signal discret simple pour deux valeurs : activation d'un interrupteur de fin de course (commutation des contacts de l'interrupteur dans une certaine position du mécanisme). Le signal du fin de course ne peut être reçu que dans deux versions - le contact est ouvert (pas d'action, pas de tension) et le contact est fermé (il y a action, il y a tension).
Signaux numériques
Lorsqu'un signal discret ne prend que certaines valeurs fixes (qui peuvent être situées sur une grille avec un certain pas) pour qu'elles puissent être représentées comme une suite de grandeurs quantiques, un tel signal discret est dit numérique. Autrement dit, un signal numérique est un signal discret qui est quantifié non seulement par des intervalles de temps, mais également par niveau.
En pratique, les signaux discrets et numériques sont identifiés dans un certain nombre de problèmes et peuvent être facilement déterminés en tant qu'échantillons à l'aide d'un dispositif informatique.
La figure montre un exemple de formation d'un signal numérique basé sur un signal analogique. Veuillez noter que les valeurs de signal numérique ne peuvent pas prendre de valeurs intermédiaires, seulement spécifiques - nombre entier d'étapes dans une grille verticale.
Un signal numérique est facilement enregistré et réécrit dans la mémoire des appareils informatiques, il est simplement lu et copié sans perte de précision, tandis que la réécriture d'un signal analogique est toujours associée à la perte d'une partie, bien qu'insignifiante, de l'information.
Le traitement numérique du signal permet d'obtenir des dispositifs très performants du fait de l'exécution d'opérations de calcul sans aucune perte de qualité ou avec une perte négligeable.
En raison de ces avantages, ce sont les signaux numériques qui sont aujourd'hui omniprésents dans les systèmes de stockage et de traitement de données. Toute mémoire moderne est numérique. Les supports de stockage analogiques (tels que les cassettes, etc.) ont disparu depuis longtemps.
Instruments de mesure de tension analogiques et numériques :
Mais même les signaux numériques ont leurs inconvénients.Ils ne peuvent pas être transmis directement tels quels, car la transmission se fait généralement par ondes électromagnétiques continues. Par conséquent, lors de la transmission et de la réception de signaux numériques, il est nécessaire de recourir à à une modulation supplémentaire et conversion analogique-numérique... La plus petite plage dynamique des signaux numériques (le rapport de la plus grande valeur à la plus petite valeur), en raison de la quantification des valeurs le long du réseau, est un autre de leurs inconvénients.
Il existe également des domaines où les signaux analogiques sont indispensables. Par exemple, le son analogique ne sera jamais comparé au numérique, de sorte que les amplificateurs à tubes et les enregistrements ne sont pas encore démodés, malgré l'abondance de formats d'enregistrement audio numériques avec les taux d'échantillonnage les plus élevés.