Giáo án điện tử chuyên đề Vật lí 11 kết nối Bài 5: Tín hiệu tương tự và tín hiệu số

CHÀO MỪNG CÁC EM

ĐẾN VỚI TIẾT HỌC MỚI!

KHỞI ĐỘNG

Tín hiệu tương tự (analog signal):

Tín hiệu số (digital signal):

Quan sát hình:

Ví dụ về tín hiệu tương tự:

Cảm biến

nhiệt độ

Tín hiệu

radio FM

Tế bào

quang điện

Màn hình cảm ứng điện trở

Cảm biến ánh sáng

Ví dụ về tín hiệu số:

Tín hiệu được truyền từ cổng USB, HDMI vào máy tính và ngược lại.

Sự biến đổi liên tục hay rời rạc theo thời gian của biên độ tín hiệu sẽ cho ta tín hiệu tương tự hoặc tín hiệu số.

Vậy tín hiệu số có ưu điểm gì so với tín hiệu tương tự?

BÀI 5:

TÍN HIỆU TƯƠNG TỰ VÀ TÍN HIỆU SỐ

NỘI DUNG BÀI HỌC

I.

Tín hiệu tương tự

Truyền dữ liệu dưới dạng tương tự và dạng số

III.

Hệ thống truyền dẫn sử dụng bộ chuyển đổi tương tự - số và số - tương tự

IV.

Tín hiệu số

II.

I.

TÍN HIỆU

TƯƠNG TỰ

Nghiên cứu mục I, tìm hiểu về những điểm chung của tín hiệu tương tự thông qua việc trả lời các câu hỏi sau:

Thế nào là tín hiệu tương tự?

1

Tín hiệu tương tự được chia làm mấy dạng?

2

Nêu đặc điểm của các dạng tín hiệu tương tự.

3

Lấy ví dụ về tín hiệu tương tự trong thực tiễn.

4

Tín hiệu tương tự là tín hiệu liên tục theo thời gian (có vô số giá trị/mức biên độ trong một khoảng thời gian).

GHI NHỚ

Tín hiệu tương tự có thể ở một trong hai dạng là tuần hoàn hoặc không tuần hoàn:

Tín hiệu tuần hoàn có dạng sóng lặp lại sau mỗi chu kì (tín hiệu dạng sin hoặc cosin).

Tín hiệu không tuần hoàn không có sự lặp lại, tức không có chu kì.

Ví dụ:

Dòng điện mà chúng ta đang sử dụng là một tín hiệu tương tự dạng hình sin có tần số 50Hz.

THẢO LUẬN CẶP ĐÔI

Câu hỏi (SGK - tr.33)

Trong Hình 5.1, theo em đại lượng nào sẽ biến đổi liên tục theo thời gian?

Điện áp

II.

TÍN HIỆU SỐ

Nghiên cứu mục II, tìm hiểu về những điểm chung của tín hiệu số thông qua việc trả lời các câu hỏi sau:

Thế nào là tín hiệu số?

Tín hiệu số nhận các giá trị như thế nào?

Lấy ví dụ về

tín hiệu số trong thực tiễn.

Tín hiệu số là tín hiệu rời rạc theo thời gian và thường được biểu diễn dưới dạng xung vuông. Tín hiệu số chỉ nhận một số hữu hạn các giá trị/mức điện áp trong một khoảng thời gian.

GHI NHỚ

Câu hỏi 1 (SGK - tr.34)

Hãy cho biết, tín hiệu số với hai mức và tín hiệu số với bốn mức, tín hiệu nào cho phép mang nhiều bit hơn trên một mức?

Tín hiệu số với bốn mức điện áp cho phép mang 2 bit trên một mức.

Tín hiệu số với hai mức điện áp chỉ cho phép mang 1 bit trên một mức.

Câu hỏi 2 (SGK - tr.34)

Tín hiệu tương tự và tín hiệu số có bao nhiêu giá trị (mức) điện áp, sự khác nhau cơ bản giữa tín hiệu tương tự và tín hiệu số là gì?

Có vô số giá trị/mức điện áp trong một khoảng thời gian.

Gợi ý

Chỉ có một số hữu hạn các giá trị, như trong Hình 5.2 SGK tín hiệu số chỉ có hai mức điện áp (mức 1 và mức 2).

Liên tục theo thời gian (sử dụng một vùng giá trị liên tục để biểu diễn thông tin) thường có dạng sóng hình sin.

Rời rạc theo thời gian (sử dụng các giá trị rời rạc 0 hoặc 1 để biểu diễn thông tin) thường có dạng xung vuông.

III.

TRUYỀN DỮ LIỆU DƯỚI DẠNG TƯƠNG TỰ VÀ DẠNG SỐ

Hoàn thành Phiếu học tập sau:

Dễ bị ảnh hưởng.

Ít bị ảnh hưởng.

Khó thực hiện việc sao chép và làm giảm chất lượng tín hiệu.

Dễ dàng sao chép thông tin và không làm giảm chất lượng, không hạn chế số lần sao chép.

Suy giảm mạnh.

Ít bị suy giảm.

Khó khôi phục tín hiệu vì có nhiều mức điện áp.

Dễ dàng khôi phục tín hiệu bằng cách sử dụng bộ lặp hoặc các bộ khuếch đại.

Khó xử lí, lưu trữ và bảo mật.

Cho phép nén, xử lí và bảo mật tốt hơn.

Hạn chế số người sử dụng.

Cho phép nhiều người dùng đồng thời.

KẾT LUẬN

Việc truyền dữ liệu dưới dạng tương tự có ưu điểm là tốn ít băng thông nhưng dễ bị ảnh hưởng bởi nhiều, khó khôi phụ lại dạng dữ liệu ban đầu vì óc nhiều mức biên độ.

Truyền dẫn dưới dạng số có nhược điểm là chiếm nhiều băng thông nhưng ít bị ảnh hưởng bởi nhiễu, ít lỗi, dễ dàng phát hiện và sửa lỗi vì chỉ có hai giá trị khác nhau 0 và 1, tính bảo mật và hiệu quả cao hơn, có thể lưu trữ và dễ dàng xử lí.

HỆ THỐNG TRUYỀN DẪN SỬ DỤNG BỘ CHUYỂN ĐỔI TƯƠNG TỰ - SỐ VÀ SỐ - TƯƠNG TỰ

IV.

Các kênh truyền dẫn trong thực tế thường có băng thông giới hạn, trong khi tín hiệu số lại đòi hỏi băng thông khá lớn để truyền dẫn.

Giải thích:

Các tín hiệu như giọng nói, âm nhạc đôi khi cần được chỉnh sửa, thêm bớt các hiệu ứng, hoặc cần lưu trữ trong máy tính và các thiết bị kĩ thuật số nên cần phải được biến đổi thành tín hiệu số (sử dụng các bộ ADC) để phục vụ cho quá trình xử lí.

Vào micrô

ADC

Xử lí tín hiệu số

DAC

Phát ra loa

Tín hiệu tương tự

Tín hiệu số

Tín hiệu tương tự

Hình 5.6. Ví dụ quá trình xử lí tín hiệu

Mặt khác, vì kênh truyền có băng thông giới hạn, tín hiệu số lại đòi hỏi băng thông lớn, để truyền đi xa cần phải thực hiện biến điệu trên các sóng mang có tần số lớn.

Tại phía thu, quá trình tách sóng và chuyển đổi từ số sang tương tự cần được thực hiện để khôi phục lại dạng tín hiệu gốc ban đầu.

Bộ xử lí (Chọn sóng khuếch đại...)

Tách sóng

DAC

Bộ thu

Anten thu

Khuếch đại

Loa

Hình 5.7. Hệ thống truyền dẫn sử dụng bộ chuyển đổi ADC và DCA

ADC

Biến điệu

Bộ phát

Micro

Khuếch đại

Khuếch đại

Anten phát

Câu hỏi 1 (SGK - tr.37)

Chức năng của các bộ biến điệu và tách sóng trong Hình 5.7 là gì?

Hình 5.7. Hệ thống truyền dẫn sử dụng bộ chuyển đổi ADC và DCA

Biến đổi tín hiệu số sang tín hiệu tương tự có tần số cao để có thể truyền được đi xa (và đòi hỏi ít băng thông).

CHỨC NĂNG:

CHỨC NĂNG:

Ngược lại với chức năng của bộ biến điệu, nó biến đổi tín hiệu tương tự tần số cao thành tín hiệu số ban đầu.

Câu hỏi 2 (SGK - tr.37)

Tín hiệu thu được đằng sau micro trong Hình 5.7 là tín hiệu tương tự hay tín hiệu số?

Tín hiệu tương tự

Đây là tín hiệu điện có giá trị điện áp biến đổi liên tục.

Câu hỏi 3 (SGK - tr.37)

Tín hiệu được phát ra loa trong Hình 5.7 là tín hiệu tương tự hay tín hiệu số?

Tín hiệu tương tự

Đây là tín hiệu điện có giá trị điện áp biến đổi liên tục.

Hoạt động (SGK - tr.37)

Cho biết tại sao muốn truyền giọng nói hoặc âm nhạc, chúng ta phải biến đổi chúng từ tín hiệu tương tự sang tín hiệu số và khi muốn thu giọng nói hoặc âm nhạc, chúng ta lại phải biến đổi ngược từ tín hiệu số sang tín hiệu tương tự.

Giải thích:

• Tín hiệu số có nhiều ưu điểm hơn so với tín hiệu tương tự như: dễ dàng xử lí, chỉnh sửa, thêm hiệu ứng hoặc lưu trữ trong máy tính và các thiết bị kĩ thuật số,...
• Do đó người ta thường sử dụng các bộ ADC để thực hiện việc biến đổi này. Tín hiệu số sau đó được mã hoá thành các xung điện hoặc được biến điệu trên các sóng mang có tần số cao để có thể truyền đi qua các dây dẫn hoặc kênh truyền vô tuyến có băng thông giới hạn.

Phải biến đổi tín hiệu giọng nói từ tương tự sang tín hiệu số là vì:

--------------- Còn tiếp ---------------