Под электронным устройством (ЭУ) понимается совокупность взаимосвязанных электронных приборов, выполняющая какую - либо функцию преобразования электрических сигналов.

Электронные устройства по способу формирования и передачи сигналов подразделяются на два класса: аналоговые (непрерывные) и дискретные (прерывистые).

Аналоговые электронные устройства предназначены для приема, преобразования и передачи электрического сигнала, изменяющегося по закону непрерывной (аналоговой) функции. В аналоговом электронном устройстве (АЭУ) каждому конкретному значению реальной физической величины соответствует однозначное, вполне определенное значение выбранного электрического параметра постоянного или переменного тока. Это может быть напряжение или ток на участке электрической цепи, его частота, фаза и т. п.

Достоинствами АЭУ являются: теоретически максимально достижимые точность и быстродействие, простота устройства.

Недостатками АЭУ являются: низкая помехоустойчивость и нестабильность параметров, обусловленные сильной зависимостью устройства от внешних дестабилизирующих воздействий, например температуры, времени (старение элементов), действия внешних полей и т. п.; большие искажения при передаче на значительные расстояния; трудность долговременного хранения результата; низкая энергетическая эффективность.

Дискретные электронные устройства (ДЭУ) предназначены для приема, преобразования и передачи электрических сигналов, полученных путем квантования по времени и/или уровню исходной аналоговой функции x(t). Поэтому действующие в них сигналы пропорциональны конечному числу выбранных по определенному закону значений реальной физической величины, отображаемой в виде различных параметров импульсов или перепадов напряжения или тока.

К достоинствам ДЭУ следует отнести следующее:

1. В дискретных устройствах можно получить существенное превышение мощности в импульсе над средним ее значением. Это (по сравнению с аналоговыми устройствами) способствует улучшению массогабаритных показателей отдельных элементов ДЭУ.

2. В ДЭУ усилительные приборы используют в специфическом режиме ключа (включено - выключено), при котором мощность, рассеиваемая в них, минимальна.

Это позволяет для управления большой мощностью применять в ДЭУ маломощные усилительные приборы. В транзисторных устройствах кратность превышения мощности может достигать 10 ... 20.

3. Свойства дискретных устройств в меньшей степени зависят от нестабильности параметров используемых элементов, т.к. они работают в режиме ключа.

4. Помехоустойчивость ДЭУ выше чем АЭУ, так как при передаче импульсов сокращается время, в течение которого помеха может повлиять на передаваемый сигнал.

5. ДЭУ характеризуются применением однотипных элементов в каналах обработки, передачи и хранения информации. В связи с этим облегчается их изготовление средствами интегральной технологии, обеспечивающей повышенную надежность, малогабаритность, дешевизну и т. п.

Указанные достоинства ДЭУ обусловили их широкое использование во многих областях как силовой, так и информационной электроники (радиолокации, телевидении, вычислительной технике), метрологии и т. п.

Аналоговые сигналы могут быть преобразованы в дискретные. Этот процесс преобразования называется квантованием. По типу квантования сигнала ДЭУ подразделяются на три подкласса: импульсные, релейные и цифровые.

Импульсные электронные устройства (ИЭУ) реализуют квантование исходного сигнала x(t) (рис.4.1,а) по времени и преобразуют его в последовательность импульсов, как правило, неизменной частоты (рис.4.1,6). В ИЭУ, хотя и нарушается непрерывность представления сигналов (информация) во времени, сами значения для выбранных моментов времени точно соответствуют значениям x(t), т. е. непрерывность сигнала по величине сохраняется.

Процесс преобразования исходной аналоговой информации в последовательность импульсов носит название импульсной модуляции. В процессе импульсной модуляции форма импульсов исходной последовательности, как правило, остается неизменной.

Рис.4.1 Квантование аналогового сигнала x{t)( а) по времени (б) и уровню (в)

На практике наибольшее распространение получили: амплитудно-импульсная модуляция (АИМ); широтно-импульсная модуляция (ШИМ) и фазоимпульсная модуляция (ФИМ).

При амплитудно-импульсной модуляции зависимости x(t) (рис.4.2,а) модулируемым, т. е. изменяемым параметром импульсной последовательности является амплитуда (рис.4.2,6).

При ШИМ модулируемым параметром импульсной последовательности является их ширина (рис.4.2,в).

При ФИМ моделируемым параметром является расстояние между импульсами, т.е. их фаза относительно исходной последовательности (рис.4.2,г).

На практике часто используется комбинация описанных видов модуляций.

Релейные электронные устройства (РЭУ) реализуют квантование исходного сигнала x(t) по уровню и преобразуют его в ступенчатую функцию, высота каждой из ступенек которой пропорциональна некоторой заданной величине h (рис.4.1,в). Изменение уровня сигнала происходит в произвольные моменты времени, определяемые только заданными уровнями nh и величиной x(t). Поэтому аналогично с ИЭУ в моменты формирования ступенек сигнал РЭУ точно отражает значение исходной x(t).

Следовательно, при дискретизации представления по величине в РЭУ сохраняется непрерывность отображения информации во времени.

.

Рис.4.2 Виды импульсной модуляции: а - изменение исходной аналоговой величины;

б - последовательность амплитудно-модулированных импульсов; в - последовательность

широтно-модулированных импульсов; г - последовательность фазомодулированных импульсов

Основная область применения РЭУ связана не с преобразованием информации, а с преобразованием энергии, т. е. с силовой электроникой. По сравнению с ИЭУ они, как правило, проще (отсутствует импульсный модулятор) и обладают большим быстродействием.

Цифровые электронные устройства (ЦЭУ) реализуют квантование исходного сигнала x(t) как по времени, так и по значению. Поэтому в фиксированные моменты времени такие сигналы только приближенно соответствуют значениям x(t). Очевидно, чем больше дискретных значений, которые может принимать сигнал, т. е. чем больше уровней дискретизации, тем точнее соответствует дискретный сигнал аналоговому. Однако в любом случае мы имеем дело с конечным числом его значений. Таким образом, в дискретном сигнале нарушена непрерывность представления информации как по значению, так и во времени.

В свою очередь, конечному числу дискретных значений исходной физической величины можно поставить в соответствие некоторое число. Процесс замены дискретных уровней сигнала последовательностью чисел носит название кодирования, а совокупность полученных чисел называется кодом сигнала. Таким образом, процесс непосредственного преобразования и передачи сигналов можно заменить процессом преобразования и передачи кодов, поставленных в соответствие исходным сигналам.

Устройства, занимающиеся формированием, преобразованием и передачей кодов, поставленных в соответствие реальным значениям физических переменных, называют цифровыми устройствами. Передача кодов, каждый из которых, как правило, представляется некоторой последовательностью однотипных импульсов, требует некоторого времени.

Минимально возможный объем, который может занимать ЭУ, в конечном счете определяется количеством теплоты, выделяемой в этом объеме. Поэтому использование дискретных методов обработки информации позволяет реализовать ДЭУ в значительно меньшем объеме, чем в случае аналоговой информации.