Sistema Analógico y Sistema Digital
Analógica
Una señal analógica es un tipo de señal generada por un tipo
de fenómeno electromagnético y que es representable por una función matemática continúa
en la que es variable su amplitud y periodo (representando un dato de
información) en función del tiempo. Algunas magnitudes físicas comúnmente
portadoras de una señal de este tipo son eléctricas como la intensidad. La
tensión y la potencia, pero también pueden ser hidráulicas como la presión,
térmicas como la temperatura, mecánicas, etc. La magnitud también puede ser
cualquier objeto medible como los beneficios o pérdidas de un negocio.
Desventajas de las señales analógicas en términos
electrónicos
Las señales de cualquier circuito o comunicación electrónica
son susceptibles de ser modificadas de forma no deseada de diversas maneras
mediante el ruido lo que ocurre en mayor o menor medida.
La gran desventaja respecto a las señales digitales, es que
en las señales analógicas, cualquier variación en la información es de difícil
recuperación, y esta pérdida afecta en gran medida al correcto funcionamiento y
rendimiento del dispositivo analógico.
Ejemplo de señal analógica.
Una Señal Digital
Es un tipo de señal generada por algún tipo de fenómeno
electromagnético en que cada signo que codifica el contenido de la misma puede
ser analizado en término de algunas magnitudes que representan valores
discretos, en lugar de valores dentro de un cierto rango. Por ejemplo, el
interruptor de la luz solo puede tomar dos valores o estados: abierto o
cerrado, o la misma lámpara: encendida o apagada (véase circuito de
conmutación).
Los sistemas digitales, como por ejemplo el ordenador, usan
lógicas de dos estados representados por dos niveles de tensión eléctrica uno
alto, H y otro bajo, L (de High y Low, respectivamente, en ingles). Por
abstracción, dichos estados se sustituyen por ceros y unos, lo que facilita la
aplicación de la lógica y la aritmética binaria. Si el nivel alto se representa
por 1 y el bajo por 0, se habla de lógica positiva y en caso contrario de
lógica negativa.
Cabe mencionar que además de los niveles, en una señal
digital están las transacciones de alto a bajo o de bajo a alto, denominadas
flanco de subida o de bajada, respectivamente. En la siguiente figura se
muestra una señal digital donde se identifican los niveles y los flancos. Señal
digital: 1) nivel bajo, 2) nivel alto, 3) flanco de subida y 4) flanco de
bajada. Señal digital: 1) nivel bajo, 2) nivel alto, 3) flanco de subida y 4)
flanco de bajada.
Es conveniente aclarar que, a pesar de que en los ejemplos
señalados el término digital se ha relacionado siempre con dispositivos
binarios, no significa que digital y binario sean términos intercambiables. Por
ejemplo, si nos fijamos en el código morse, veremos que en él se utilizan, para el envió de mensajes por
telégrafo eléctrico, cinco estados digitales que son:
Punto, raya, espacio corto (entre letras), espacio medio
(entre palabras) y espacio largo (entre frases)
Referido a un aparato o instrumento de medida, decimos que
es digital cuando el resultado de la medida se representa en un visualizador
mediante números (dígitos) en lugar de hacerlo mediante la posición de una
aguja, o cualquier otro indicador, en una escala.
Ejemplo de Señal Digital
Sistema Analógico y Sistemas Digital
Los circuitos electrónicos se pueden dividir en dos amplias
categorías: digitales y analógicos. La electrónica digital utiliza magnitudes con
valores discretos, mientras que la electrónica analógica emplea magnitudes con
valores continuos.
Un sistema digital es cualquier dispositivo destinado a la
generación, transmisión procesamiento o almacenamiento de señales digitales.
También un sistema digital es una combinación de dispositivos diseñado para
manipular cantidades físicas o información que estén representadas en forma
digital; es decir, que solo pueden tomar valores discretos.
La mayoría de las veces estos dispositivos son electrónicos,
pero también pueden ser mecánicos, magnéticos o neumáticos.
Para el análisis y la síntesis de sistemas digitales
binarios se utiliza como herramienta el algebra de boole.
Los sistemas digitales pueden ser de dos tipos:
º Sistemas digitales combinacionales: son aquellos en los que
la salida del sistema solo depende de la entrada presente. Por lo tanto, no
necesita módulos de memoria, ya que la salida no depende de entradas previas.
º Sistemas digitales secuenciales: la salida depende de la
entrada actual y de las entradas
anteriores. Esta clase de sistemas necesitan elementos de memoria que
recojan la información de la historia pasada del sistema.
Para la implementación de los circuitos digitales, se
utilizan puertas lógicas (AND, OR Y NOT) y transistores. Estas puertas siguen
el comportamiento de algunas funciones booleanas.
Se dice que un sistema es analógico cuando las magnitudes de
la señal se representan mediante variables continuas, esto es análogas a las
magnitudes que dan lugar a la generación de esta señal. Un sistema analógico
contiene dispositivos que manipulan cantidades físicas representadas en forma
analógica. En un sistema de este tipo las cantidades varían sobre un intervalo continúo
de valores.
Así, una magnitud analógica es aquella que toma valores
continuos. Una magnitud digital es aquella que toma un conjunto de valores
discretos.
La mayoría de las cosas que se pueden medir
cuantitativamente aparecen de la naturaleza en forma analógica. Un ejemplo de
ello es la temperatura: a lo largo de un día la temperatura no varía entre, por
ejemplo, 20 ºC o 25 ºC de forma instantánea sino que alcanza todos los
infinitos valores que entre ese intervalo. Otros ejemplos de magnitudes
analógicas son el tiempo, la presión, distancia, el sonido.
Señal Analógica
Una señal analógica es un voltaje o corriente que varia
suave y continuamente. Una onda senoidal es una señal analógica de una sola
frecuencia. Los voltajes de la voz y del video son señales analógicas que varían
de acuerdo con el sonido o variaciones de la luz que corresponden a la
información que se está transmitiendo.
Señal Digital
Las señales digitales, en contraste con las señales
analógicas, no varían en forma continua, sino que cambian en pasos o en
incrementos discretos. La mayoría de las señales utilizan códigos binarios o de
dos estados.
Ventajas de los Circuitos Digitales
La revolución electrónica ha estado vigente bastante tiempo;
la revolución del “estado sólido” comenzó con dispositivos analógicos y
aplicaciones como los transistores y los radios transistorizados. Cabe
preguntarse ¿Por qué ha surgido ahora una revolución digital?
De hecho, existen muchas razones para dar preferencia a los
circuitos digitales sobre los circuitos analógicos:
Reproducibilidad de resultados. Dado el mismo conjunto de entradas
(tanto en valor como en serie de tiempo), cualquier circuito digital que
hubiera sido diseñado en la forma adecuada, siempre producirá exactamente los
mismos resultados. Las salidas de un circuito analógico varían con la
temperatura, el voltaje de la fuente de alimentación, la antigüedad de los
componentes y otros factores.
Facilidad de diseño. El diseño digital, a menudo denominado
“diseño lógico”, es lógico. No se
necesitan habilidades matemáticas especiales, y el comportamiento de los
pequeños circuitos lógicos puede visualizarse mentalmente sin tener alguna idea
especial acerca del funcionamiento de capacitores, transistores u otros
dispositivos que requieren del cálculo para moderarse.
Flexibilidad y funcionalidad. Una vez que un problema se ha reducido
a su forma digital podrá resolverse utilizando un conjunto de pasos lógicos en
el espacio y el tiempo.
Por ejemplo, se puede diseñar un circuito digital que mezcle
o codifique su voz grabada de manera que sea absolutamente indescifrable para
cualquiera que no tenga su clave (contraseña) , pero esta podrá ser escuchada
virtualmente sin distorsión por cualquier persona que posea la clave. Intente
hacer lo mismo con un circuito analógico.
Programabilidad. Usted probablemente ya esté familiarizado
con las computadoras digitales y la facilidad con la que se puede diseñar,
escribir y depurar programas para las mismas. Pues bien, ¿adivine Que? Una gran
parte del diseño digital se lleva a cabo en la actualidad al escribir
programas, también, en los lenguajes de descripción de lenguaje de descripción
de hardware (HDLs, por sus siglas en ingles).
Estos lenguajes le permiten especificar o modelar tanto la estructura como la función
de un circuito digital. Además de incluir un compilador, un HDL típico también
tiene programas de simulación y síntesis. Estas herramientas de programación
(software) se utilizan para verificar el comportamiento del modelo de hardware
antes que sea construido, para posteriormente realizar la síntesis del modelo
en un circuito, aplicando una tecnología de componente en particular.
Velocidad. Los dispositivos digitales de la actualidad son
muy veloces. Los transistores individuales en los circuitos integrados mas rápidos
pueden conmutarse en menos de 10 psicosegundos, un dispositivo completo y
complejo construido a partir de estos transistores puede examinar sus entradas
y producir una salida en menos de 2 nanosegundos. Esto significa que un
dispositivo de esta naturaleza puede producir 500 millones o mas resultados por
segundo.
Economía. Los circuitos digitales pueden proporcionar mucha
funcionalidad en un espacio pequeño. Los circuitos que se emplean de manera
repetitiva pueden “integrarse” en un solo “chip” y fabricarse en masa a un
costo muy bajo haciendo posible la fabricación de productos desechables como
son las calculadoras, relojes digitales y tarjetas musicales de felicitación. (Usted
podría preguntarse, “¿acaso tales cosas son algo bueno?” ¡no importa!)
Avance tecnológico constante. Cuando se diseña un sistema
digital, casi siempre se sabe que habrá una tecnología más rápida, más
económica o en todo caso, una tecnología superior para el mismo caso poco
tiempo.
Los diseñadores inteligentes pueden adaptar estos avances
futuros durante el diseño inicial de un sistema, para anticiparse a la
obsolencia del sistema y para ofrecer un valor agregado a los consumidores. Por
ejemplo, las computadoras portátiles a menudo tienen ranuras de expansión para
adaptar procesadores más rápidos o memorias más grandes que las que se
encuentran disponibles en el momento de su presentación en el mercado.
De este modo, esto es suficiente para un matiz de
mercadotecnia acerca del diseño digital.
Ventajas del procesado digital de señales frente al
analógico.
Existen muchas razones por las que el procesado digital de
una señal analógica puede ser preferible al procesado de la señal directamente
en el dominio analógico. Primero, un sistema digital programable permite
flexibilidad a la hora de reconfigurar las operaciones de procesado digital de
señales sin más que cambiar el programa. La reconfiguración de un sistema
analógico implica habitualmente el rediseño del hardware, seguido de la
comprobación y verificación para ver que opera correctamente.
También desempeña un papel importante al elegir el formato
del procesador de señales la consideración de la precisión. Las tolerancias en
los componentes de los circuitos analógicos hacen que para el diseñador del
sistema sea extremadamente difícil de controlar la precisión de un sistema de
procesado analógico de señales.
En cambio, un sistema digital permite un mejor control de
los requisitos de precisión. Tales requisitos, a su vez, resultan en la
especificación de requisitos en la precisión del conversor A/D y del procesador
digital de señales, en términos de longitud de palabra, aritmética de coma
flotante frente a coma fija y factores similares.
Las señales digitales se almacenan fácilmente en soporte magnético
(cinta o disco) sin deterioro o perdida en la fidelidad de la señal, aparte de
la introducida en la conversión A/D. como consecuencia, las señales se hacen
transportables y pueden procesarse en tiempo no real en un laboratorio remoto.
El método de procesado digital de señales también posibilita
la implementación de algoritmos de procesado de señal más sofisticados.
Generalmente es muy difícil realizar operaciones matemáticas precisas sobre
señales en formato analógico, pero esas mismas operaciones pueden efectuarse de
modo rutinario sobre un ordenador digital utilizando software.
En algunos casos, la implementación digital del sistema de
procesado de señales es más barato que su equivalente analógica. El menor coste
se debe a que el hardware digital es más barato o, quizás, es resultado de la
flexibilidad ante modificaciones que permite la implementación digital.
Como consecuencia de estas ventajas, procesado digital de
señales se ha aplicado a sistemas prácticos que cubren un amplio rango de
disciplinas.
Citamos, por ejemplo, la aplicación de técnicas de procesado
digital de señales al procesado de voz y transmisión de imágenes, en sismología
y geofísica, en prospección petrolífera, en la detección de explosiones
nucleares, en el procesado de señales recibidas del espacio exterior, y en una
enorme variedad de aplicaciones.
Sin embargo, como ya se ha indicado, la implementación
digital tiene sus limitaciones. Una limitación practica es la velocidad de
operación de los conversores A/D y de los procesadores digitales de señales.
Veremos que las señales con anchos de banda extremadamente grandes precisan
conversores A/D con una velocidad de
muestreo alta y procesadores digitales de señales rápidos. Así, existen señales
analógicas con grandes anchos de banda para las que la solución mediante
procesado digital de señales se encuentra mas allá del “estado del arte” del
hardware digital.
Ejemplos de aquellos sistemas analógicos que ahora se han
vuelto digitales.
Fotografías. La mayoría de las cámaras todavía hacen uso de
películas que tienen un recubrimiento de haluros de plata para grabar imágenes.
Sin embargo, el incremento en la densidad de los microcircuitos o “chips” de
memoria digital ha permitido el desarrollo de cámaras digitales que graban una
imagen como una matriz de 640 x 480, o incluso arreglos más extensos de pixeles
donde cada pixel almacena las intensidades de sus componentes de color rojo
verde y azul de 8 bits cada uno.
Esta gran cantidad de datos, alrededor de siete millones de
bits en este ejemplo puede ser procesada y comprimida en un formato denominado
JPEG y reducirse a un tamaño tan pequeño como el equivalente al 5% del tamaño original de almacenamiento
dependiendo de la cantidad de detalle de la imagen. De este modo las cámaras
digitales dependen tanto del almacenamiento como del procesamiento digital.
Grabaciones de video. Un disco versátil digital de múltiples
usos (DVD por las siglas de digital versátil disc) almacena video en un formato
digital altamente comprimido denominado MPEG-2. Este estándar codifica una
pequeña fracción de los cuadros individuales de video en un formato comprimido
semejante al JPEG y codifica cada uno de
los otros cuadros como la diferencia entre este y el anterior.
La capacidad de un DVD
de una sola capa y un solo lado es de aproximadamente 35 mil millones de
bits suficiente para grabar casi 2 horas de video de alta calidad y un disco de
doble capa y doble lado tiene cuatro veces esta capacidad.
Grabaciones de audio. Alguna vez se fabricaron
exclusivamente mediante la impresión de formas de onda analógicas sobre cinta magnética
o un acetato (LP), las grabaciones de audio utilizan en la actualidad de manera
ordinaria discos compactos digitales (CD. Compact discs). Un CD almacena la
música como una serie de números de 16 bits que corresponden amuestras de la forma
de onda analógica original se realiza una muestra por canal estereofónico cada
22.7 microsegundos. Una grabación en CD a toda su capacidad (73 minutos)
contiene hasta seis mil millones de bits de información.
Carburadores de automóviles. Alguna vez controlados
estrictamente por conexiones mecánicas (incluyendo dispositivos mecánicos “analógicos” inteligentes que monitorean la
temperatura, presión, etc.), en la actualidad los motores de los automóviles
están controlados por microprocesadores integrados.
Diversos sensores electrónicos y electromecánicos convierten
las condiciones de la maquina en números que el microprocesador puede examinar
para determinar cómo controlar el flujo de gasolina y oxigeno hacia el motor.
La salida del microprocesador es una serie de números variante en el tiempo que
activa a transductores electromecánicos que a su vez controlan la maquina.
El sistema telefónico. Comenzó hace un siglo con micrófonos
y receptores analógicos que se conectaban en los extremos de un par de alambres
de cobre (o, ¿era una cuerda?). Incluso en la actualidad en la mayor parte de
los hogares todavía se emplean teléfonos analógicos los cuales transmiten
señales analógicas hacia la oficina central (CO) de la compañía telefónica. No
obstante en la mayoría de las oficinas centrales estas señales analógicas se
convierten a un formato digital antes de que sean enviadas a sus destinos, ya
sea que encuentren en la misma oficina central o en cualquier punto del
planeta.
Durante muchos años los sistemas telefónicos de conmutación
privados (PBX. Prívate branch Exchange) que se utilizan en los negocios han
transportado el formato digital todo el camino hacia los escritorios. En la
actualidad muchos negocios, oficinas centrales y los proveedores tradicionales
de servicios telefónicos están cambiando a sistemas integrados que combinan la
voz digital con el tráfico digital de datos sobre una sola red de Protocolo de
Internet IP (por las siglas en ingles de Protocolo de Internet).
Semáforos. Para controlar los semáforos se utilizaban
temporizadores electromecánicos que habilitaban la luz verde para cada una de
las direcciones de circulación durante un intervalo predeterminado de tiempo.
Posteriormente se utilizaron relevadores en módulos controladores que podían
activar los semáforos de acuerdo con el patrón del tráfico detectado mediante
sensores que se incrustan en el pavimento. Los controladores de hoy en día
hacen uso de microprocesadores y pueden controlar los semáforos de modo que
maximicen el flujo vehicular, o como sucede en algunas ciudades de california,
sean un motivo de frustración para los automovilistas en un si numero de
creativas maneras.
Efectos cinematográficos. Los efectos especiales creados
exclusivamente para ser utilizados con modelos miniaturizados de arcilla,
escenas de acción, trucos de fotografía y numerosos traslapes de película
cuadro por cuadro.
En la actualidad naves espaciales, insectos, otras escenas
mundanas e incluso bebes (en la producción animada de Pixar, Tin Toy) se
sintetizan por completo haciendo uso de computadoras digitales. ¿Podrán algún día
ya no ser necesarios ni los dobles cinematográficos femeninos y masculinos?
Ejemplo de un sistema electrónico analógico
Un ejemplo de sistema electrónico analógico es el altavoz,
que se emplea para amplificar el sonido de forma que este sea oído por una gran
audiencia. Las ondas de sonido que son analógicas en su origen, son capturadas
por un micrófono y convertidas en una pequeña variación analógica de tensión
denominada señal de audio. Esta tensión varia de manera continúa a medida que
cambia el volumen y la frecuencia del sonido y se aplica a la entrada de unos
amplificados lineal.
La salida del amplificador que es la tensión de entrada
amplificada, se introduce en el altavoz. Este convierte, de nuevo, la señal de
audio amplificada en ondas sonoras con un volumen mucho mayor que el sonido
original captado por el micrófono.
sistemas que utilizan métodos digitales y analógicos
Existen sistemas que utilizan métodos digitales y
analógicos, uno de ellos es el reproductor de disco compacto (CD). La música en
forma digital se almacena en el CD. Un sistema óptico de diodos laser lee los
datos digitales del disco cuando este gira y los transfiere al convertidor
digital-analógico (DAC, digital-to-analog converter). El DAC transforma los
datos digitales en una señal analógica que es la reproducción eléctrica de la
música original. Esta señal se amplifica y se envía al altavoz. Cuando la
música se grabo en el CD se utilizo un proceso que esencialmente, era el
inverso al descrito, y que utiliza un convertidor analógico digital (ADC,
analog-to-digital converter).
Esto Es Todo Todo Todo Amigos..... :)
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Saludos y Dios Los Bendiga....
. Como la potencia de un elemento resistivo es proporcional a la raíz cuadrada del voltaje alrededor del elemento, la densidad de voltaje del ruido podría escribirse como 
.
