Hallo.
Ich bin noch auf dem Gymnasium und werde nächste Woche ein Referat in
Physik halten. Wir hatten uns die letzten zwei Monate mit Elektrotechnik
beschäftigt.
Da die Klausur nicht so gut lief, hat mir mein Lehrer die Möglichkeit
angeboten meine Note mit einem Referat aufzubessern.
Das Thema ist: Unterschiede zwischen Analogtechnik und Digitaltechnik
und ich soll diese Fragestellung hier in meinem Referat abarbeiten:
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Erläutere und begründe die Unterschiede der Digitaltechnik gegenüber der
Analogtechnik hinsichtlich der folgenden Aspekte:
a) Definition der Signalpegel bzw. Rauschen
b) Erforderliche Genauigkeit der Werte bzw. erlaubte Toleranzen der
verwendeten elektronischen Elemente
c) Herstellbarkeit komplexer Schaltungen bzw. Datendichte.
d) Wodurch wird die Signaltreue beim Digitalisieren beeinflusst?
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Aber wir hatten überhaupt nichts davon im Unterricht, nur Spulen,
Kondensatoren und Widerstände und Schwingkreise, aber halt nicht genau
was der Unterschied zwischen Analog und Digital ist und dass soll ich
dann jetzt machen.
Also ich schreibe einfach mal was ich bis jetzt habe:
a)
Analogtechnik:
Das Signal wird von zufälligen Fehlern, die man Rauschen nennt,
überlagert. Je größer die Abweichung vom Signalpegel ist, desto stärker
ist das Rauschen.
Digitaltechnik:
Rauschen führt in der Regel zu keiner Beinträchtigung des Signals, da
dass Rauschen unterhalb einer Toleranzgrenze bleibt. In der
Digitaltechnik gibt es nur zwei Werte: 0 und 1.
b)
Analogtechnik:
- Große Ungenauigkeiten
- Widerstände mit bis zu 10 % Ungenauigkeit
Digitaltechnik:
-Erfordert analoge Bauteile mit einer sehr hohen Genauigkeit als
Referenz.
c)
Analogtechnik:
-Benötigt meist nur einfache und wenige elektronische Bauteile wie
Widerstände, Spulen und Kondensatoren.
-Komplexe Schaltungen sind fehleranfälliger aufgrund physikalischer
Eigenschafter der Bauteile und Leitungen und wegen kapazitiver und
induktiver Kopplung zwischen verschiedenen Bauteilen.
Digitaltechnik:
-Man kann mehrere Bauteile pro Fläche zusammenbauen und braucht weniger
Energie, weshalb mit der Digitaltechnik komplexere Schaltungen möglich
sind.
d)
Hier verstehe ich nicht mal die Frage :(
Was bedeutet das?
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Ist aber das andere bis jetzt richtig?
Wäre nett wenn jemand drüberschauen könnte und vielleicht sogar eine
Ergänzung wüsste :)
IFeelHappy schrieb:> -Erfordert analoge Bauteile mit einer sehr hohen Genauigkeit als> Referenz.
Das mit der Genauigkeit ist in der Digitaltechnik nicht immer richtig,
manchmal benötigt man nur Pull-Up Widerstände und da ist es egal ob der
Widerstand 10k Ohm oder 8,2k Ohm hat.
Die Analogtechnik wird es aber immer geben, weil die Umwelt analog ist.
Wenn eine Digitalschaltung mit der Außenwelt kommuniziert, sind die
Sensoren analog (Helligkeit, Temperatur, Schall ...).
Bisher klingt das fast alles falsch.
An Deiner Stelle würde ich mich erst mal mit Frage a) ausgiebig
beschäftigen und es Dir selbst klar machen. Der Rest kommt dann fast von
alleine.
Die Antwort zu a) ist bei Dir bisher noch am Besten. Ich würde auch
nicht versuchen analog vs. digital als konkurrierende Techniken zu
sehen. Es sind eher zwei Gebiete. Sicher gibt es Dinge die man sowohl
digital als auch analog lösen kann. Aber in den meisten Fällen sind die
Probleme eigentlich relativ fest einem Gebiet zugeordnet.
Gerade Deine Antworten zu c) sehe ich ganz anders.
Digitaltechnik ist von den Bauelementen doch viel einfacher. Das macht
es auch möglich komplexe Systeme sehr leicht zu beschreiben. Analoge
Bauelemente sind deutlich komplexer in ihrer Beschreibung.
IFeelHappy schrieb:> Ich bin noch auf dem Gymnasium und werde nächste Woche> ein Referat in Physik halten.
Du schreibst wenigstens ehrlich, dass es um eine Schulaufgabe
geht. Löblich.
> Aber wir hatten überhaupt nichts davon im Unterricht,
Naja, genau DESWEGEN sollst Du ja ein Referat halten.
Wenn das Referat gut wird, hast Du drei Dinge bewiesen:
1. Du hast verstanden, wovon Du redest.
2. Du hast bewiesen, dass Du Dir selbständig Wissen
aneignen kannst.
3. Du hast bewiesen, dass Du Dein Wissen für andere
verständlich darstellen kannst.
Ein ehrenhaftes Ziel :)
> Ist aber das andere bis jetzt richtig?
Hmm. Nein.
> Wäre nett wenn jemand drüberschauen könnte und vielleicht> sogar eine Ergänzung wüsste :)
Mein Rat: Handele das Thema am konkreten Beispiel ab. Vorschlag:
Schallplatte und CD. (Nimm NICHT "analoge" und "digitale"
Fotografie; das geht schief.)
Bei Detailfragen sind sicher viele (auch ich) bereit, zu helfen,
aber Deine Arbeit wird Dir hier niemand abnehmen.
Viel Erfolg.
Mit dem Stoffgebiet hätte ich früher einen ganzen Tag ausgefüllt... Da
kann man so viele Beispiele finden, anhand derer man das elementar
erklären kann. Ich versuch das mal anzureißen um Ideen zu liefern, ohne
daß es zuviel wird.
- A/D- und D/A-Wandler
Wie funktioniert die Digitalisierung und später die Zurückwandlung in
ein analoges Signal, welche Verzerrungen treten dabei auf? Das braucht
man ja nicht hoher Genauigkeit machen, da reichen 4 Bit um das zu zeigen
und man hat ein schönes Bild wie analoge und digitale Signale aussehen.
- Rauschen
Hat man bei analogen Signalen immer im Nutzsignal enthalten. Bei
analogem Audio hört man es mal mehr und mal weniger stark und ein zu
hoher Rauspegel führt zum Informationsverlust (man versteht z.B. einen
Sprecher nicht mehr).
Bei digitalen Informationen bzw. der Übertragung digitaler Signale über
analoge Medien (z.B. ein Kabel) tritt auch Rauschen auf (das digitale
Signal wird von einem analogen überlagert) und bei zu starkem Rauschen
treten Bitfehler auf (der Empfänger kann nicht mehr sicher unterscheiden
ob eine 0 oder 1 gesendet wurde). Das führt ebenfalls zu
Informationsverlust bzw. am Beispiel einer nachfolgenden D/A-Wandlung zu
einem Ergebnis, das sehr weit vom ursprünglichen Signal entfernt liegt.
- Genauigkeit der verwendeten Bauelemente
Großes Thema und hängt davon ab, was man als Entwickler möchte.
Grundsätzlich (und wenn man das Thema anhand eines Audio-Signalweges
erklären möchte) würde ich sagen, daß die Analogtechnik die genaueren
elementaren Bauelemente benötigt, da jedes Bauteil immer Einfluß auf die
Signalqualität hat. Entweder wird das Signal schwächer oder es wird
verzerrt, könnte man bspw. an einem einfachen RC Hoch- oder
Tiefpassfilter erklären. Wenn R oder C vom Sollwert abweicht verschiebt
sich die Trennfrequenz. Bei großen Abweichungen ist das sehr schön zu
hören weil das Nutzsignal deutlich verschlechtert wird.
Bei der Digitaltechnik ist das alles egal, solange der Empfänger die
übertragenen Signale sicher als 0 oder 1 erkennt kann man bauen was man
möchte ohne daß das Nutzsignal (die Daten) verschlechtert wird. Das
bedeutet, die Bauteiltoleranzen haben in weiten Bereichen überhaupt
keinen Einfluß auf das Nutzsignal.
Wenn man noch etwas Zeit totschlagen muß: Referenzwerte müssen immer
sehr genau sein. Am Beispiel des A/D-Wandlers kann man das mit der
Referenzspannung zeigen. Wenn die nicht stimmt, erhält man aus dem
analogen Signal völlig andere digitale Daten, die bei der Zurückwandlung
im D/A-Wandler zu einem Ausgangssignal führen, welches weit vom Ursprung
entfernt liegt. Richtig schön wird das, wenn die Referenzspannung weit
unter der maximal zu wandelnden Eingangsspannung liegt (Übersteuerung
des A/D-Wandlers), dann kommt am Ende nur noch Müll raus (Signal ist
nicht nur bspw. schwächer, sondern Informationsverlust).
- Herstellbarkeit komplexer Schaltungen
Hier würde ich nochmal fragen was eine komplexe Schaltung ist. Man kann
Beispiele in beide Richtungen finden. So etwa besteht ein RC-Hochpass
für ein analoges Signal aus nur zwei elementaren Bauteilen. Möchte man
so einen Hochpass digital nachbilden, wird eine sehr viel komplexere
Schaltung daraus, die aber vom Aufbau viel kleiner ist als ein
elementarer Widerstand und Kondensator (Integration in einen z.B.
DSP-IC).
Das Gegenbeispiel wäre eine rein analoge Schaltung, auf der sich z.B.
Crysis zocken läßt - sowas halte ich für praktisch nicht realisierbar.
Hier ist die Digitaltechnik deutlich im Vorteil.
- Datendichte
Klarer Vorteil für die Analogtechnik, denn egal wie hoch man die
Auflösung ("Anzahl Bit") und Abtastfrequenz einer A/D-Wandlung wählt, es
gibt immer Bereiche, die sich nicht digital darstellen lassen. Bei einer
praktischen A/D-Wandlung geht also immer Information verloren, die
Datendichte ist immer höher als ich sie digital auch mit noch so großem
Aufwand darstellen könnte.
- Signaltreue beim Digitalisieren
Siehe A/D- und D/A-Wandlung, Stichworte Auflösung, Abtastfrequenz,
Quantisierungsfehler. Zu letzterem findest Du auf Wikipedia einen sehr
guten Artikel.
IFeelHappy schrieb:> b)>> Analogtechnik:> - Große Ungenauigkeiten> - Widerstände mit bis zu 10 % Ungenauigkeit>> Digitaltechnik:> -Erfordert analoge Bauteile mit einer sehr hohen Genauigkeit als> Referenz.
Genau umgekehrt.
IFeelHappy schrieb:> d)>> Hier verstehe ich nicht mal die Frage :(
Digitalisierung meint die Eigenschaften von AD-Wandlern.
Versuche die Redezeit gleichmäßig auf die 4 Punkte aufzuteilen.
Hey
Zu Punkt D)
Die Signaltreue wird beeinflusst beginnend mit der Abtastung. Ein Signal
muss mit mindestens der doppelten Grenzfrequenz (fg) abgetastet weerden.
Weiterhin erfolgt danach die Quantisierung und darstellung in endliche
und diskrete Werte. Um so feiner deine Abstände zwischen d_n und d_n+1
bei der Quantisierung gewählt werden, um so höher die Datendichte aber
auch die Signaltreue.
Auf dem gymnasium bist du ganz sicher nicht. und die aufgaben brauchst
du nicht für ein refferat sondern für das blatt 10 beim prof s. in
elektrotechnik.. du schlawiner
Irgendwie kann ich nicht ganz glauben daß ein
Gymnasiallehrer solche Fragen stellt.
a) Definition der Signalpegel bzw. Rauschen
b) Erforderliche Genauigkeit der Werte bzw. erlaubte Toleranzen der
verwendeten elektronischen Elemente
c) Herstellbarkeit komplexer Schaltungen bzw. Datendichte.
d) Wodurch wird die Signaltreue beim Digitalisieren beeinflusst?
Gib zu, das ist ein Seminar im 3. Semester FH.
Bei d) weiß doch nicht mal der Pauker die Antwort
es sei denn er ist HIFI-Bastler
IFeelHappy schrieb:> Analogtechnik:> - Große Ungenauigkeiten> - Widerstände mit bis zu 10 % Ungenauigkeit>> Digitaltechnik:> -Erfordert analoge Bauteile mit einer sehr hohen Genauigkeit als> Referenz.
Nee.
Analog kann man genauer als 0.01% werden, nur billig ist das nicht mehr.
Digitaltechnik kommt eben gerade mit Bauteilen hoher Ungenauigkeit aus
(es reicht so lange 0/1 unterscheidbar bleiben), weswegen man es gut
hoch integrieren kann und nicht abgleichen muss.
IFeelHappy schrieb:> d) Wodurch wird die Signaltreue beim Digitalisieren beeinflusst
Beim Digitalisieren geht es um den Übergang eines Analogsignals "alle
Werte (in dem Fall Spannungen) sind möglich und relevant" hin zu
Digitalsignalen (nur eine Unterschiedung wzischen 0 und 1 wird bei der
Spannung gemacht).
Dabei spielt die Auflösung eine Rolle, die Genauigkeit und die
Abtastgeschwindigkeit.
Ein guter A/D-Wandler kann sogar das Rauschen des Analogsignals digital
erfassen :-)
Für Audio beispielsweise braucht man nur hohe Auflösung (16 bis 24 bit),
die Genauigkeit ist egal und die Abtastrate liegt bei handlichen
44000-192000 pro Sekunde.
Für Video tun es weniger Bits (so 8) aber höhere Abtastrate (so 5 bis 50
Millionen pro Sekunde).
Für Messgeräte will man hohe Genauigkeit "0.01%", die Auflösung ist
meist höher als die Genauigkeit und daher eher irreführend, die
Abtastrate kann meist niedrig sein, man muss das Ergebnis ja ablesen
können, manchmal nur 3 po Sekunde.
