../icons/Logo.png

Praktische Elektronik


Wir lernen was Digital-Technik und Analog-Technik ausmacht.


Home

Praktikum

Digital und Analog

Inhalt

Einführung in Digitaltechnik

Analogtechnik


Analog und Digital

Viele Messgeräte der Elektronik gibt es als analoge oder digitale Ausführung, z.B.:

Analog-Voltmeter.jpg
Bild 1: Analoges Messgerät

Das obige analoge Messgerät zeigt 1,83V an. Oder sind es 1,87V?

Digital-Voltmeter.jpg
Bild 2: Digitales Voltmeter

Das digitale Voltmeter zeigt 9,22V an.

Digital ist wie Zählen

Digital leitet sich vom lateinischen digitus - Finger ab.

Wir zählen mit den Fingen.

Digital - Zählen:

0, 1, 2, 3, ... 10, 11, 11½, 12, ...

Das stimmt etwas nicht: 11½ gibt es nicht.

Wir zählen nur ganze Zahlen. Wir können natürlich auch zählen wie viele ½ wir haben. Oder Cent statt Euro oder Millionen oder ..

Wir einigen uns, was oder welche Einheiten wir zählen.

  • Digitale Werte folgen Stufen, Schritten, Einheiten.
  • Digitale Werte können nur bestimmte Werte annehmen.

Analog ist frei

Können wir Temperatur, Geschwindigkeit oder Spannung zählen?

Diese Größen sind nicht digital, sie haben keine Stufen und können jeden Wert annehmen.

Elektrische Größen wie Spannung, Strom und Widerstand sind analoge Größen.

  • Analoge Werte können prinzipiell jeden beliebigen Wert annehmen.

Das Wesen von Digital und Analog

Digital ist genauer

Betrachten wir die Messungen in Bild 1 und Bild 2 fällt ins Auge,

  • das Ablesen eines analogen Messgerätes ist schwierig.
  • Das digitale Messgerät ist genauer.

Wozu benötigen wir überhaupt analoge Technik?
Arbeiten wir doch immer digital!

Wie zählen wir Spannung?

Spannungen sind analog.

Wie können wir eine analoge Spannung in digitale Werte wandeln?

Das Voltmeter in Bild 2 zählt offensichtlich in 1/100V. Die Schritte sind 10mV.

Digital ist ungenau

Analog-Digital.png
Bild 3: Analog und digitale Werte

In Bild 3 haben wir den Verlauf einer Spannung (rot). Die Spannung ist analog. Die entsprechende digitale Spannung (schwarz) verläuft in Stufen. Die erlaubten Stufen sind als gestrichelte Linien eingezeichnet.

Dieses Bild vermittelt eine ganz andere Einschätzung der Genauigkeit:

  • Die digitalen Werte geben die analogen nur ungenau wieder.
  • Wir können die Genauigkeit der digitalen Werte durch feinere Stufen verbessern,
  • Können aber Werte nicht genauer als die feinste Stufe darstellen.
Image

Digital braucht Analog

Betrachten wir ein Digital-Voltmeter.

Digital-Voltmeter.png
Bild 4: Blockschaltbild eines Digital-Voltmeters

Mit dem Digital-Voltmeter messen wir die analoge Größe Spannung und zeigen den Wert digital an.

Der analoge Wert am Eingang muss in einen digitalen gewandelt werden.

Analog-Digital-Wandler.png
Bild 5: Aufbau eines Digital-Voltmeters
  • Der Digital-Analog-Wandler ist der Kern eines Digital-Voltmeters.
  • Er bestimmt, wie fein die Stufen der digitalen Werte sind, die Genauigkeit.
  • Vor dem Digital-Analog-Wandler liegen meistens analoge Elemente.
Image

Genauigkeit

In der analogen Elektronik wird häufig mit großen Ungenauigkeiten gearbeitet. Widerstände sind manchmal nur auf 10% genau. Größen von Transistoren werden in den Datenblättern z.B. als Werte zwischen 10 und 40 angegeben.

Aber was soll die hoch genaue Digital-Technik, wenn wir nicht genau Messen können?

Es gibt analoge Schaltungen höchster Genauigkeit. Sie sind aufwändig und teuer. Ein fünfstelliges Digital-Voltmeter ist nicht wegen der aufwändigen Digital-Technik so teuer, sondern weil eine hoch genaue Analogtechnik notwendig ist. Die schicke Anzeige kostet nichts im Vergleich zur Analog-Technik.

Ein Digital-Analog-Wandler enthält mindestens eine analoge Komponente:

  • Eine Spannung, die die Höhe der Stufen bestimmt.
  • Diese Referenzspannung muss sehr genau sein.
  • In der Regel werden weitere analoge Elemente im Digital-Voltmeter benötigt.
  • Beispielsweise, um verschiedene Messbereiche einzustellen.
  • Deren Genauigkeit bestimmen die Genauigkeit des Digital-Voltmeters.

Was soll ein dreistelliges Digital-Voltmeter, das nur auf 1% genau ist? Es reichen zwei Stellen.

  • Hoch genaue Analogtechnik ist aufwändig und teuer.
  • Den Preis eines digitalen Messgerätes bestimmt nicht die Digital-Technik,
    sondern die Analog-Technik.
  • Digitaler Schnick-Schnack kostet wenig.

Wir brauchen Analog-Technik

Auch dann, wenn wir Digital-Technik anwenden wollen, müssen wir uns mit der analogen Welt der Elektronik beschäftigen. Wir werden lernen, wie diese Technik angewandt wird, um Digital-Technik an die reale Welt anzuschließen. Ohne Kenntnisse aus der Analog-Technik wird uns das nicht gelingen.

Die Umsetzung eines digitalen Zustands in einen analogen ist notwendig:
LED ein/aus oder LED aus, LED glimmt, LED hell.

So geht's weiter

Wir beginnen mit Digitaltechnik der Technik, die zunächst am einfachsten erscheint und sich Anfängern leicht erschließt. Dieses Praktikum wird sich überwiegend der Digitaltechnik widmen.

In der Digital-Technik kämen wir eigentlich mit LEDs aus. Wenn die Technik nicht so verflucht schnell wäre, dass wir den LEDs nicht mehr folgen können ;-)

Die Analogtechnik werden wir in erster Linie als unterstützende Technik für unsere digitalen Schaltungen einsetzen.

Wir werden dann, wenn wir sie brauchen, die analoge Technik mehr phänomenologisch betrachten, um ein Gefühl für die Technik zu bekommen. Wir kommen zunächst ohne Messgeräte aus und betrachten einige Schaltungen der Analog-Technik unter diesem Aspekt.

Dann sehen wir uns wichtige Elemente der Analog-Technik unter Verwendung von Messgeräten an.