Analog signal – definition, egenskaper och tillämpningar

Lär dig vad en analog signal är — definition, egenskaper och praktiska tillämpningar inom ljud, mätning, elektronik, mekanik och styrsystem.

En analog eller analog signal är en kontinuerlig signal.

Skillnaden från en digital signal är att även mycket små fluktuationer i signalen är betydelsefulla. När man talar om analogt menar man ofta ett elektriskt sammanhang, men även mekaniska, pneumatiska, hydrauliska och andra system kan förmedla analoga signaler.

En analog signal använder någon egenskap hos mediet för att förmedla signalens information. Vilken information som helst kan förmedlas av en analog signal, ofta är en sådan signal en uppmätt förändring av fysiska fenomen, t.ex. ljud, ljus, temperatur, position eller tryck.

Vid ljudinspelning till exempel slår förändringar i lufttrycket (det vill säga ljudet) mot mikrofonens membran, vilket orsakar relaterade förändringar i spänningen eller strömmen i en elektrisk krets. Spänningen eller strömmen sägs vara en "analog" till ljudet.

Se digital för en diskussion om digital kontra analog.

Egenskaper hos analoga signaler

En analog signal är kontinuerlig i värde (amplitud) och ofta i tid. Det innebär att signalen kan anta ett oändligt antal olika värden inom ett intervall, och att små förändringar kan bära information. Viktiga egenskaper är bland annat:

• Kontinuitet: Värdet ändras kontinuerligt över tid eller rum.
• Bandbredd: De frekvenskomponenter som signalen innehåller bestämmer hur snabbt den kan förändras och vilken överföringskanal som krävs.
• Signalstyrka och dynamiskt omfång: Hur stora och små signaler som kan representeras utan betydande förvrängning eller brus.
• Störningar och brus: Analoga signaler påverkas direkt av brus, interferens och komponentavvikelser — små förändringar i signalnivån betyder ofta något.
• Linearitet: I många analoga system antas ett proportionellt samband mellan insignal och utsignal — avvikelser ger distorsion.

Vanliga tillämpningar och exempel

Analoga signaler finns i många vardagliga och tekniska sammanhang. Exempel:

• Ljud (mikrofoner, högtalare, ljudband, vinylskivor).
• Ljusintensitet (fotoceller, kameror med analog utgång).
• Temperaturgivare som termoelement eller motståndstermometrar.
• Position och rörelse (potentiometrar, accelerometrar med analog utgång i äldre system).
• Pneumatiska och hydrauliska trycksignaler i industriell styrning.

I elektroniska kretsar används komponenter som förstärkare, filter och oscillatörer för att bearbeta analoga signaler.

Fördelar och nackdelar

• Fördelar: Naturlig representation av fysiska fenomen, enkel realtidshantering, ibland lägre latency och enklare implementering i vissa intervallet (t.ex. ljudförstärkare).
• Nackdelar: Känslighet för brus, begränsat dynamiskt omfång i praktiken, svårare att kopiera eller lagra exakt utan kvalitetsförlust jämfört med digital representation.

Analog–digital omvandling

Många moderna system kombinerar analoga och digitala delar. För att bearbeta en analog signal i ett digitalt system krävs en analog-till-digital-omvandlare (ADC). Tvärtom används en digital-till-analog-omvandlare (DAC) när digital information ska återskapas som en analog signal.

När en analog signal ska digitaliseras är provtagningsfrekvens och upplösning viktiga. Enligt Nyquist–Shannon samplingteorem bör provtagningsfrekvensen vara mer än två gånger den högsta frekvenskomponenten i signalen för att kunna återskapa den utan aliasing.

Störningar och kvalitet

Analoga signaler påverkas av flera typer av kvalitetsproblem:

• Brus: Termiskt brus och externa störningar kan ändra signalens nivåer.
• Distorsion: Icke-linjära komponenter ger harmonisk förvrängning.
• Förluster och dämpning: Långa ledningar eller kanaler kan försvaga signalen och ändra frekvensgången.

För att förbättra kvaliteten används förstärkning, filtrering, skärmning och noggrann komponentutformning.

Sammanfattning

En analog signal är en kontinuerlig representation av information där små förändringar i signalen kan vara betydelsefulla. Analoga signaler används i många fysiska mätningar och när realtidsrepresentation är viktig. I praktiken möter man ofta en avvägning mellan analog och digital teknik — de kompletterar varandra beroende på krav på noggrannhet, brusimmunitet, lagring och bearbetning. Se gärna också digital för en närmare jämförelse.

Frågor och svar

F: Vad är en analog signal?

F: Hur skiljer sig en analog signal från en digital signal?

F: Hänvisar analogt endast till elektriska system?

F: Hur förmedlar en analog signal information?

F: Vad är ett exempel på en analog signal?

F: Vad avser termen "analog" med avseende på en analog signal?

F: Var kan man hitta en jämförelse mellan digitala och analoga signaler?

Sök med bokstav