Dijital Elektronik -2- Dijital ve Analog Sistemler

Dijital elektronik neredeyse tamamen matematikten ibaret olan fizik ve analog elektronik gibi zor formüller üzerinden gitmese de temelinde ikilik sayı sistemi aritmetiği ve mantığı vardır. Sadece matematik değil mantığın da olması dijital elektroniği farklı kılan noktalardan biridir. Dersin başlangıcında söz verdiğimiz gibi sizi formüllerle ve matematik ile sıkmak istemediğimizden dolayı temelleri okuyup anlayabileceğiniz bir şekilde anlatacağız.

Sayısal değerlerin iki şekilde temsil edilme yolu vardır. Bunlardan biri analog değerler olup temelde iki nokta arasındaki mesafe olarak ifade edilir. Örneğin sıcaklık birimi olan santigrat derece suyun donma noktası ile kaynama noktasını 100 eşit birime ayırma yoluyla ortaya çıkmıştır. Bir nokta suyun donma noktası olarak alınmış ikinci nokta ise kaynama noktası olarak seçilmiştir. Bu iki nokta arasını istersek 50’ye istersek de 100’e bölüp bu bölümleri analog değer olarak ifade edebiliriz. Aynı şekilde LM35 sıcaklık algılayıcısı da bunu farklı bir yolla yapsa da aynı mantıkla hareket etmektedir. 0 ile 100 derece arasını 0 ile 1V olarak iki nokta olarak almış ve her derecede 10mV elektrik vererek bu sıcaklık değerini ifade etmiştir. Biz istersek 0-1V arası bir analog skalaya bağlayıp 0-100C arası bir termometre yapabiliriz. İşin mantığı derecede, algılayıcıda ve göstergede yine aynı kalacaktır. İki nokta ve arasındaki değerler bize analog değer olarak verilmektedir.

Bu iki nokta arasındaki değerlerin aynı matematikte olduğu gibi bir teoride bir sınırı yoktur. Örneğin 0,12215 diye ifade ettiğimiz bir sayının virgülden sonraki basamağına istediğimiz kadar ilave yapabiliriz. Analog sistemde sayılar 1, 2, 3, 4.. diye sırayla kademeli olarak artmamaktadır. Matematikte iki nokta arasında sonsuz nokta olacağına göre analog değerlerin değer olarak değil ölçü, gözlemci ve fiziksel yönden sınırları vardır.

Sayısal yani dijital sistemde ise analog sistemlerin belli durumları kesin bir çizgi ile belirlendikten sonra bu durumlar sayısal değer olarak ifade edilir. Örneğin dijital bir sistemde 5V elektriğin olması 1 anlamına gelirken 0V ise 0 olarak sayılmaktadır. Bunun arasındaki değerler belli bir eşiğe kadar 1 ve 0 olarak sayılsa da ideal 5V mantık sisteminde bir sayısının karşılığı 5V olmaktadır. İkisi arasındaki belirsiz ve değişken değerin bir anlamı yoktur. Dijital sistemde değerler kesin olarak belirlenmiştir. Örneğin dijital bir termometre yaptığımızda 50, 51, 52C… olarak artacaktır. Analog sistemdeki gibi bunun arasındaki değerler olmayacaktır. Bazı dijital sistemlerde virgülden sonraki değerler ve negatif sayılardan bahsedilse de bunlar temsil seviyesinde kalmaktadır. İşin temelinde sadece düz sayılar mevcuttur.

Dijital sistemlerin analog sistemlere göre pek çok avantajı vardır. Analog sistemlerin kendilerine has avantajları olsa da dijital sistemle kıyaslayınca çok sönük kalmaktadır. Bir analog sistemin kararlılığını pek çok etken etkilemektedir. malzeme, tolerans, fiziksel ortam, elektriksel ortam ve nice konuları hesaba katarak bir sistemi tasarlamak gerekir. Dijital sistem gibi kesin ifade edilen bir ortamda olmadığı için olmadığı için kararlılığı daha düşüktür. Hatta bu analog sistemin kararsızlığından faydalanıp gerçek rastgele sayı üretici devreler bile yapılabilmektedir. Dijital sistem hep kararlı olduğu için rastgele sayıları belli bir düzende verip rastgeleliği ortadan kaldırmaktadır. Elektriksel gürültülerden etkilenen bir analog devrenin kararsızlığı bu noktada bize yardımcı olmaktadır.

Resim: Analog Voltmetre

Analog sistemler malzemeye, fiziğe ve fiziksel etkilere bağlı olduğundan dolayı doğruluk konusunda dijital sistemlere göre oldukça zayıftır. Yüksek doğruluğa sahip bir analog elemanın maliyeti ve üretimi daha güç olmaktadır. Yalnız hassasiyet başta dediğimiz gibi iki değer arasındaki sonsuz nokta olduğu için çok yüksektir. Yalnız bu hassasiyeti doğru bir şekilde ölçüp bunu gösterecek analog sistemi yapmak çok kolay değildir. Bu konuda dijital elektronikten yardım almaktayız ve ortaya ucuz ve hassas sistemler çıkmaktadır. Örneğin bir sıcaklık algılayıcısında algılayıcı malzemeyi iyi seçsek de bunu ölçüp gösterecek analog sistemin kararlılığı ve doğruluğu da hesaba katılmaktadır. Dijital sistemlerde yüksek kararlılık olduğundan bu noktada dijital ve analog sistemlerin güçlerini birleştirerek bir sistem ortaya koymamız daha doğru olur. Böyle bir durumda yüksek doğruluğa sahip bir analog NTC ya da PTC algılayıcısını yüksek hassasiyete sahip bir dijital-analog çevirici ile birleştirdiğimizde hem ucuz hem de ultra hassas bir termometre yapma şansımız olur.

Bu yazıdan anlamanız gereken ne analog sistemlerin ne de dijital sistemlerin mükemmel olduğudur. Önemli nokta dijital ve analog sistemleri beraber kullanmaktır. Yine de analog sistemleri mümkün olduğu kadar az kullanmak ve analog ile yapılan işi mümkün olduğu kadar dijital sisteme aktarmak maliyeti düşürüp sistemi daha kararlı hale getirecektir. Bir sonraki başlıkta sayı sistemleri ile dijital elektronik konularına devam edeceğiz.

Bizi Facebook grubumuzda takip etmeyi unutmayın. Bilgili ve öğrenmeye hevesli bir topluluk oluşturmak istiyoruz.

https://www.facebook.com/groups/1233336523490761/

UYARI!!

Gökhan Dökmetaş

"Arduino Eğitim Kitabı" ve "Arduino ve Raspberry PI ile Nesnelerin İnterneti" kitaplarının yazarı. Başkent Teknoloji ve Dedektör Merkezi'nde Ar-ge Sorumlusu. Araştırmacı-Yazar.

You may also like...

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak.