Contenido
1.1. Representaciones Analógicas
1.2. Representaciones Digitales
2. Sistemas Digitales y Analógicos
2.1. Ventajas de las Técnicas Digitales
2.2. Limitaciones de las Técnicas Digitales
Audio
1. Representaciones Numéricas
1.1. Representaciones Analógicas
En la representación analógica, una cantidad se representa con un voltaje, corriente o movimiento de un indicador o medidor que es proporcional al valor de esa cantidad. Un ejemplo de esto es el velocímetro de un automóvil, en el cual la deflexión de la aguja es proporcional a la velocidad a que se desplaza el auto. La posición angular de la aguja representa el valor de la velocidad del automóvil, y la aguja sigue cualquier cambio que ocurra conforme el vehículo acelera o frena.
Otro ejemplo es el termostato común de una habitación, en el cual la flexión de la banda bimetálica es proporcional a la temperatura del cuarto. A medida que la temperatura varía gradualmente, la curvatura de la banda cambia en forma proporcional.
Otro ejemplo de una cantidad analógica es el micrófono de audio. En este dispositivo se genera un voltaje de salida en proporción con la amplitud de las ondas sonoras que chocan con el micrófono. Las variaciones en el voltaje de salida siguen las mismas variaciones del sonido de entrada.
Las cantidades analógicas antes citadas tienen una característica importante: pueden variar gradualmente sobre un intervalo continuo de valores . La velocidad del automóvil puede tener un valor entre cero y, digamos, 100 km/h. En forma análoga, la salida del micrófono podría encontrarse en cualquier nivel dentro de un intervalo de cero a 10mV (por ejemplo, 1mV, 2.3724mV, 9.9999mV).
1.2. Representaciones Digitales
En la representación digital las cantidades no se representan por valores proporcionales, sino por símbolos denominados dígitos o por valores discretos. Para dar un ejemplo, se considera el reloj (o cronómetro) digital, el cual da la hora del día en forma de dígitos decimales que representan horas o minutos (y algunas veces segundos). Como se sabe, la hora varía de manera continua, pero la lectura del cronómetro digital no cambia continuamente: más bien, lo hace en etapas de uno por minuto (o por segundo). En otras palabras, esta representación digital de la hora del día varía en etapas discretas, comparada con la representación analógica de la hora que da un reloj de pulso, donde la lectura del cuadrante varía de modo continuo.
La diferencia principal entre las cantidades analógicas y las digitales se puede enunciar en forma simple de la manera siguiente:
Debido a la naturaleza discreta de las representaciones digitales, no existe ambigüedad cuando se lee el valor de una cantidad digital, mientras que el valor de una cantidad analógica con frecuencia está abierta a interpretación.
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Ejemplo ¿Cuáles de las siguientes cantidades son analógicas y cuáles son digitales? (a) Interruptor (b) Metro regular (c) Temperatura (d) Granos de arena en la playa
Solución: (a) Digital (b) Analógica (c) Analógica (d) Digital, ya que el número de granos sólo pueden ser ciertos valores discretos (enteros) y no cualquier valor en relación con un intervalo continuo
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2. Sistemas Digitales y Analógicos
Un sistema digital es una combinación de dispositivos diseñado para manipular cantidades físicas o información que estén representadas en forma digital; es decir, que sólo puedan tomar valores discretos. La mayoría de las veces, estos dispositivos son electrónicos, pero también pueden ser mecánicos, magnéticos o neumáticos. Algunos de los sistemas digitales más conocidos incluyen las computadoras y calculadoras digitales, equipo digital de audio y vídeo y el sistema telefónico.
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 continuo de valores. Por ejemplo, en un receptor de radio la amplitud de la señal de salida para una bocina puede tener cualquier valor entre cero y su límite máximo. Otros sistemas analógicos comunes son amplificadores de audio y el odómetro (cuentakilómetros) de los automóviles.
2.1. Ventajas de las Técnicas Digitales
Un número cada vez mayor de aplicaciones en electrónica, así como en muchas otras tecnologías, emplea técnicas digitales para realizar operaciones que alguna vez fueron hechas por medio de métodos analógicos. Las principales razones del cambio hacia la tecnología digital son:
1. Los sistemas digitales generalmente son más fáciles de diseñar . Esto se debe a que los circuitos empleados son circuitos de conmutación, donde no son importantes los valores exactos de corriente y voltaje, sino únicamente el rango en que estos se encuentran (ALTO o BAJO).
2. Facilidad para almacenar la información . Esto se logra por medio de circuitos de conmutación especiales que pueden capturar información y retenerla el tiempo que sea necesario.
3. Mayor exactitud y precisión . Los sistemas digitales pueden manejar el número de dígitos de precisión que usted necesite, simplemente añadiendo más circuitos de conmutación. En los sistemas analógicos la precisión, en general, está limitada a tres o cuatro dígitos, ya que los valores de los voltajes y corrientes dependen en forma directa de los valores de los componentes del circuito.
4. Programación de la operación . Es bastante sencillo diseñar sistemas digitales cuya operación está controlada por medio de un grupo de instrucciones archivadas denominado programa. También es posible programar sistemas analógicos, pero la variedad y complejidad de las operaciones disponibles está severamente limitada.
5. Los circuitos digitales se afectan menos por el ruido . Las fluctuaciones en el voltaje (ruido) no son tan críticas en los sistemas digitales porque en ellos no es importante el valor exacto de un voltaje, siempre y cuando el ruido no sea suficientemente fuerte como para impedir la distinción entre ALTO y BAJO.
6. Se puede fabricar más circuitería digital sobre pastillas de circuito integrado . Es cierto que la circuitería analógica también se ha beneficiado con el gran desarrollo de la tecnología de CI, pero su relativa complejidad y el empleo de dispositivos que no se pueden integrar en forma económica (capacitores de gran valor, resistencias de precisión, inductores, transformadores), han impedido que los sistemas analógicos alcancen el mismo grado de integración que los digitales.
2.2. Limitaciones de las Técnicas Digitales
Cuando se emplean técnicas digitales existe, en realidad, una sola desventaja:
El mundo real es fundamentalmente analógico.
La mayor parte de las cantidades físicas son de naturaleza analógica, y a menudo estas cantidades son las entradas y salidas de un sistema que los monitorea, que efectúa operaciones con ellas y que las controla. Algunos ejemplos son la temperatura, la presión, la posición, la velocidad, el nivel de un líquido, la rapidez de flujo y varias más. Se tiene el hábito de expresar estas cantidades en forma digital, como sucede cuando se dice que la temperatura es de 64°C (o 63.8°C, si se quiere ser más exacto); pero en realidad lo que se hace es una aproximación digital de una cantidad inherentemente analógica.
Para aprovechar las técnicas digitales cuando se tienen entradas y salidas analógicas, deben seguirse tres pasos:
1. Convertir las entradas analógicas del “mundo real” a la forma digital.
2. Procesar (realizar operaciones con) la información digital.
3. Convertir las salidas digitales a la forma analógica del mundo real.
La Figura 1 muestra el diagrama de bloques de un sistema común de control de temperatura. Como se observa en el diagrama, se mide la temperatura analógica, y el valor obtenido se convierte a una cantidad digital por medio de un convertidor analógico-digital (ADC; analog-to-digital converter). Entonces la circuitería digital, que puede o no incluir una computadora digital, procesa esta cantidad. Su salida digital se convierte de nuevo en una cantidad analógica por medio de un convertidor digital-analógico (DAC, digital-to-analog converter). Esta salida alimenta un controlador, mismo que se encarga de tomar cierto tipo de acción para ajustar la temperatura.
Figura 1 : Diagrama de bloques de un sistema de control de temperatura que requiere de conversiones analógico-digitales para permitir el empleo de técnicas digitales de procesamiento.
La necesidad de conversión entre formas analógicas y digitales de información puede considerarse como una desventaja porque aumenta complejidad y costos. Otro factor que con frecuencia resulta importante es el tiempo extra que se necesita para llevar a cabo estas conversiones. En muchas aplicaciones, estos factores pesan más que los inconvenientes por las numerosas ventajas que ofrece el empleo de técnicas digitales, así que la conversión entre cantidades analógicas y digitales es ya un proceso común en la tecnología actual.
Sin embargo, existen situaciones donde lo más sencillo y económico es el empleo de técnicas analógicas. Por ejemplo, el proceso de amplificación de una señal es más simple si se emplea la circuitería analógica.
Es frecuente observar dentro de un mismo sistema el empleo de técnicas analógicas y digitales para obtener un mayor beneficio de ambas. En estos sistemas híbridos, uno de los aspectos más importantes de la fase de diseño es determinar qué partes del sistema serán analógicos y cuáles digitales.
Finalmente, hay una tendencia cada vez mayor del empleo de técnicas digitales, ya que los beneficios económicos de la integración son aún mayores.
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