Pretvornici signala: vrste, princip rada i svrha

U industriji iu svakodnevnom životu uobičajena je uporaba različitih tipova pretvornika signala. Ovi uređaji mogu biti zastupljeni u najširem rasponu izmjena prilagođenih rješavanju problema u različitim područjima gospodarstva. Koje vrste pretvarača signala mogu se klasificirati kao najčešći? Koje su značajke njihovog djelovanja?

Koja je svrha pretvarača signala?

Pretvornici signala su uređaji koji se doista mogu predstavljati u najširem rasponu rješenja. Taj je izraz zapravo kolektivan i može se odnositi na opremu koja se koristi u različitim segmentima gospodarstva i klasificirana prema apsolutno različitim kriterijima. Glavne vrste signala koje mogu pretvoriti predmetne uređaje:

- električni;

- zvuk;

- temperatura;

- tehnološka priroda.

Ovisno o zadacima s kojima se suočava korisnik pretvarača signala, moduli koji obrađuju više različitih vrsta podataka mogu se kombinirati u strukturi odgovarajućeg uređaja. Stoga se transformacija može provesti unutar iste vrste signala (na primjer, iz jedne frekvencije u drugu) ili biti mehanizam koji uključuje prevođenje između različitih kategorija signala. Na primjer, električni zvuk.

Najčešći uređaji uključuju pretvarač analognih signala u digitalnom obliku (i obratno, ako se osigurava struktura unutarnjih modula uređaja). Razmotrimo značajke svog djela.

Analogno-digitalni pretvarač

Navedeni uređaj namijenjen je pretvorbi bilo kojeg analognog signala - na primjer, koji su indeksi napona prikazani u digitalni oblik (dopuštajući primjerice snimanje odgovarajućeg signala u datoteku).

Jedan od glavnih kriterija učinkovitosti predmetnog uređaja je dubina bita podataka na izlazu. Njegova vrijednost određuje razinu omjera signala i šuma.

Drugi značajan parametar koji karakterizira kvalitetu rada uređaja kao što je analogni pretvarač je brzina izlaznog signala. Među onima koji pružaju optimalnu izvedbu su oni koji su paralelni tip. Oni stvaraju velike tokove signala pomoću potrebnog broja igala. Ova značajka uređaja u mnogim slučajevima predodređuje otpuštanje odgovarajućih pretvarača, koje karakteriziraju velike dimenzije. Osim toga, pretvornici analognih signala mogu imati relativno visoku razinu potrošnje energije. Međutim, uzevši u obzir učinkovitost ovih uređaja, ove se značajke često ne smatraju nedostatkom.

Pretvorba signala s analognih na digitalne paralelne uređaje vrlo je brza. Osigurati još bržu izvedbu odgovarajuće vrste uređaja može biti putem povezivanja nekoliko uređaja, tako da oni mogu obraditi protok signala zauzvrat.

Alternative paralelnim rješenjima mogu biti serijski pretvornici. Oni su obično manje produktivni, ali energetski učinkovitije. Njihova primjena može biti uvjetovana u tim slučajevima kada je riječ o osiguranju prijenosa signala u okviru infrastrukture niske snage ili u slučaju da nije potrebna veća brzina pretvorbe od one koju pružaju uzastopni uređaji.

Može se primijetiti da postoje uređaji mješovitog tipa koji kombiniraju funkcije serijskih i paralelnih pretvarača. U mnogim slučajevima, to su najoptimalnija rješenja u pogledu usklađenosti s kriterijima ekonomije i produktivnosti.

Iznad smo napomenuli da analogno-digitalni pretvarači mogu uključivati ​​module, putem kojih se digitalni signali pretvaraju u analogne signale. Postoji i posebna kategorija uređaja odgovarajuće vrste. Proučimo njihove osobine.

Digitalni pretvarači za analogni

Ako korisnik ima, na primjer, televizor za analogni signal, tada će njegov rad biti moguć pri povezivanju odgovarajuće antene. Ili, ako su izvorni signali pretvoreni u analogne signale, koje TV može prepoznati. Njihov izvor može biti, zauzvrat, digitalna antena. Ili, kao opciju, signal primljen putem Interneta.

Uređaj u pitanju tako pretvara signal koji sadrži digitalni kod u struju, napon ili napajanje koji se prenosi na obradu analognim modulima. Specifični mehanizmi ove transformacije ovise o vrsti ulaznih podataka. Na primjer, ako govorimo o zvuku, onda na ulazu obično je zastupljen u modulaciji pulsnog koda. Ako je izvorna datoteka komprimirana, posebni softverski kodeksi mogu se koristiti za pretvaranje signala. S druge strane, digitalna antena obično odašilje signal za obradu hardverskim metodama.

Uređaji, koji obuhvaćaju pretvorene pretvarače, mogu se nadopuniti modulima za različite svrhe. Na primjer, pri pružanju reprodukcije televizijskog emitiranja, osim onih modula koje koristi pretvornik, može se koristiti pojačalo video signala. U mnogim je slučajevima potrebno kako bi se osigurala visoka kvaliteta slike kada se analogni signal pretvori u digitalni. Također, koristi se pojačalo video signala ako želite prenijeti sliku na znatnu udaljenost.

Televizija nije jedina sfera aktivne uporabe predmetnih uređaja. Sljedeći pretvarači su, primjerice, uključeni u CD playere, koji također pretvaraju digitalni signal u analogni.

Ultrazvučni pretvornici

Sljedeća zajednička kategorija uređaja je ultrazvučni pretvornik. Može se istaknuti da se ona može prikazati uređajima koji imaju najširi raspon primjena, kao i načela rada. Među uobičajenim vrstama ultrazvučnih pretvornika je podvodna jedinica koja je oblikovana tako da se ultrazvučno prenosi u vodu ili drugu tekuću medij s određenom frekvencijom. Ovaj uređaj se može koristiti, na primjer, za pročišćavanje raznih predmeta od onečišćenja - u kupeljima koji se koriste za ultrazvučno čišćenje.

Postoje i druga područja primjene uređaja koji se razmatraju. Ultrazvučni pretvornik može se koristiti za praćenje integriteta određenih struktura, veza i provjere određenih predmeta radi oštećenja.

Linearni i impulsni pretvarači

S obzirom na osobitosti korištenja pretvarača, korisno je obratiti pozornost na klasifikaciju kojom se dijeli na linearni i impuls. U stvari, ovi kriteriji odražavaju dva najvažnija načela rada pretvarača.

Oni koji su linearni, mogu raditi na načelu analognih strujnih krugova, u kojima se pretvoreni signali formiraju u besprijekornom koraku. Impulsni pretvarač pretpostavlja aktivnije prikazivanje signala na izlaznoj i unutarnjoj obradi. Međutim, ako se ova operacija provodi samo u internoj fazi obrade signala, odgovarajući uređaj može stvoriti iste parametre kao u slučaju kada je uključen linearni pretvarač. Dakle, koncept linearne ili impulsne obrade može se smatrati samo u kontekstu načela rada ključnih hardverskih komponenti uređaja odgovarajuće vrste.

Impulsni pretvornici uglavnom se upotrebljavaju u slučajevima kada struktura korištene infrastrukture uključuje obradu signala visoke snage. To je zbog činjenice da je učinkovitost odgovarajućih uređaja u takvim slučajevima znatno veća nego kada ih koristi za obradu signala niže snage. Još jedan čimbenik u izboru ovih rješenja je uporaba transformatorskih ili kondenzatorskih uređaja u korištenoj infrastrukturi s kojom impulsni pretvarači imaju optimalnu kompatibilnost.

S druge strane, linearni pretvarač je uređaj koji se koristi unutar infrastrukture u kojoj se obrađuju signali male snage. Ili ako postoji potreba za smanjenjem smetnji uzrokovanih radom pretvarača. Vrijedno je napomenuti da učinkovitost rješenja koja se razmatraju u infrastrukturi visoke snage nije najistaknutiji, stoga ti uređaji najčešće dodjeljuju veću količinu topline od pulsirajućih pretvarača. Osim toga, njihova težina i dimenzije također su znatno veći.

Ali, na ovaj ili onaj način, u praksi, funkcioniranje pretvarača prema principu impulsa može pretpostaviti formiranje njegove prijenosne funkcije u linearnom obliku. Stoga, prije implementacije odgovarajućih pretvornika signala u infrastrukturu, trebate razmotriti njihovu unutarnju strukturu za primjenjivu shemu obrade signala.

Mjerni pretvornici

Druga zajednička kategorija rješenja je mjerenje pretvarača. Koje su njihove osobine? Mjerni pretvornik je uređaj koji također može biti zastupljen u velikom broju sorti. Kombinira sposobnost uređaja za mjerenje i mjerenja i konverzije određenih količina.

Shema funkcioniranja mjernog uređaja odgovarajućeg tipa može se smatrati široko korištenim, pri čemu se signal obrađuje u više faza. Prvo ga pretvarač preuzima, a zatim ga pretvara u vrijednost koja se može izmjeriti, nakon - pretvara u neku korisnu energiju. Na primjer, ako se koristi analogni strujni pretvornik, provodi se transformacija električne energije u mehaničku.

Naravno, specifični mehanizmi za primjenu relevantnih rješenja mogu se predstaviti u iznimno širokom rasponu. Uobičajeno je koristiti mjerne transformacije u znanstvene svrhe kao dio infrastrukture za provođenje eksperimenata i istraživanja. Kombinira većinu mjernih pretvornika s njihovom prilagodljivosti, prvenstveno za rad s primjenom normaliziranih karakteristika kod obrade ili transformacije signala. Može se primijetiti da te karakteristike ne mogu uvijek biti namijenjene krajnjem korisniku pretvarača. Njihovo sudjelovanje u mnogim slučajevima provodi se u tajnom načinu rada. Čovjek, koristeći odgovarajuće pretvornike signala, prima samo željeni signal prilagođen za uporabu u razne svrhe na izlazu.

Dakle, ta se rješenja, u pravilu, ne koriste kao neovisne vrste infrastrukture. Oni su dio složenijih uređaja - na primjer, automatizacijskih sustava za mjerenja u proizvodnji. Mjerni pretvornici najčešće su razvrstani u dvije glavne skupine - primarno i srednje. Bit će korisno razmotriti specifičnosti oboje.

Razvrstavanje mjernih pretvornika: primarna i srednja rješenja

Uzorci koji pripadaju kategoriji primarnih, u pravilu, koriste se kao senzori. To jest, oni su pretvornici na koje određena mjerena količina djeluje izravno. Drugi uređaji spadaju u srednju kategoriju. Smješteni su u mjernoj infrastrukturi odmah nakon prvih i mogu biti odgovorni za veliki broj operacija povezanih s transformacijom. Koje vrste operacija može napraviti pretvarač signala odgovarajuće vrste? Za one je uobičajeno uključiti:

- mjerenje fizičkih pokazatelja za različite vrijednosti;

- različite pretvorbe u mjerilu;

- transformacija digitalnih signala u analogne signale i obrnuto;

- funkcionalne transformacije.

Imajte na umu da se takva klasifikacija može smatrati uvjetnom. To se prvenstveno odnosi na činjenicu da se u istom mjernom instrumentu mogu nalaziti nekoliko primarnih pretvornika. Drugi razlog za razmatranje gore navedene klasifikacije uvjetovanosti jest da se u različitim vrstama infrastrukture mjerenja mogu provoditi na različitim načelima.

Elektronički optički pretvarači

Drugi popularan u različitim područjima tipa gospodarstva devaysa - elektron-optički konverter. On je, kao i druge vrste uređaja, mi smo raspravljali ranije, može se prikazati u širokom rasponu od nastupa. Objedinjuje elektro-optičkih pretvarači općeniti princip rada: uključuje provedbu transformacije nevidljivog objekta - npr osvijetljeni pomoću IR, UV, ili, na primjer, X-zrake, u vidljivom spektru.

U tom se slučaju odgovarajuća operacija, u pravilu, provodi u 2 faze. Isprva, na photocathode se prima nevidljivo zračenje, nakon čega se pretvara u elektronske signale. Oni su već u drugoj fazi pretvoreni u vidljivu sliku i prikazani na zaslonu. U slučaju monitora računala, signal se može pretvoriti u digitalni kod.

Elektronički optički pretvarači su rješenja koja su tradicionalno klasificirana za nekoliko generacija. Uređaji povezani s prvim uključuju staklenu vakuumsku tikvicu. Fotokoda i anoda nalaze se u njemu. Između njih nastaje potencijalna razlika. Kada se pretvarač dodjeljuje optimalni napon, unutar pretvornika se formira elektronska leća koja može usmjeriti elektronske tokove.

U pretvaračima druge generacije prisutni su moduli elektronskog ubrzanja, čime se povećava svjetlina slike. U uređajima treće generacije koriste se materijali koji povećavaju osjetljivost fotokathode kao ključnu komponentu elektroni-optičkog pretvarača više od 3 puta.

Značajke buntovnih pretvornika

Drugi uobičajeni tip uređaja - buntovnih pretvarača. Razmotrimo njihove značajke detaljnije.

Ovi pretvornici su prilagođeni za promjenu vlastitog električnog otpora kada se podvrgavaju određenoj izmjerenoj vrijednosti. Oni također mogu prilagoditi kutni i linearni pokret. Najčešće su ti pretvornici uključeni u automatizacijske sustave s tlakom, temperaturom, senzorima razine osvjetljenje, mjerenje intenzitet različitih vrsta zračenja. Glavne prednosti buntovnih pretvornika su:

- pouzdanost;

- Odsutnost odnosa između točnosti mjerenja i stabilnosti napona napajanja.

Postoji velik broj varijacija odgovarajućih uređaja. Među najpopularnijima su senzori temperature. Proučimo njihove osobine.

Otpornosni senzori temperature

Ovi pretvornici signala imaju komponente osjetljive na promjene temperature okoline. Ako se podigne, onda im se otpor može povećati. Ovi uređaji karakteriziraju prvenstveno vrlo visoka preciznost. U nekim slučajevima, omogućuju promjenu temperature s točnošću od 0,026 stupnja Celzijusa. Kao dio tih uređaja postoje elementi od platine - u ovom slučaju, koeficijent otpora će biti niži, ili bakar.

Primjena otpornika senzora karakterizira nekoliko nijansi. Dakle, treba imati na umu da su je veća struja uzbude pokazatelji hranjen na senzor, čime se povećava njezinu osjetljivost temperature, ali u isto vrijeme, toplina odgovarajuće sonde elemenata. U mnogim slučajevima to uzrokuje smanjenje njegova točnost. Stoga se preporučuje da se osigura optimalne performanse struje uzbude u specifičnim uvjetima mjerenja. Uzima se uzeti, na primjer, termička vodljivost medija u kojem se primjenjuje senzor - zrak ili voda. Tipično, preporučeni parametri za uzbude struje postavljeni su od strane proizvođača odgovarajućih senzora. Tako se može znatno varirati, ovisno o metalu koji se primjenjuje u strukturi uređaja. Nadalje, kada se koristi senzore u pitanju, potrebno je uzeti u takvim parametar računa kao granična vrijednost operativnog struje. Tipično, ona također identificira proizvođač.

Otporni senzori su među najčešćim vrstama pretvarača na farmi. To je uglavnom zbog značajnih tehnoloških prednosti mnogih njihovih sorti. Na primjer, ako govorimo o termistorima - oni su karakterizirani visokom osjetljivošću, kompaktnošću, malom težinom. Odgovarajući tip senzora se može koristiti za mjerenje temperature zraka u različitim uvjetima. Njihova proizvodnja često ne uključuje značajne troškove. Istina, termistori imaju nedostatke - prije svega, to je visok stupanj nelinearnosti, tako da se oni mogu koristiti u praksi u prilično uskim temperaturnim rasponima.

Odgovarajući pretvarači tipa signali (pogledi i njihova oznaka može se odrediti na temelju različitih kriterija klasifikacije) široko se koriste u svakodnevnom životu. Na primjer, senzori temperature, koji sadrže u sastavu platinastih i bakrenih elemenata, u sastavu:

- grijanja - u svrhu mjerenja temperature rashladnog sredstva na jednom ili drugom dijelu opreme, kao iu grijanoj prostoriji;

- strojevi za pranje - kako bi se izmjerila temperatura vode i prilagodbe za različite programe pranja;

- glave - na isti način kako bi se osigurala optimalna temperatura glačanja unutar određenog načina rada;

- električni štednjak, kao i druge vrste opreme za kuhanje hrane - također kako bi se osiguralo njihovo funkcioniranje uz aktivaciju određenih korisničkih režima.

Pretvornici reostata

Druga popularna vrsta buntovnih uređaja je reostatski pretvarač. Na njima se temelji njihovo načelo rada mjerenje električne energije otpor vodiča pod utjecajem ulaznog gibanja. U praksi, ovaj pretvarač uključuje elemente koji su prilagođeni kretanju uslijed djelovanja izmjerene količine. Najčešće, dotični uređaji su uključeni u razdjelnike napona ili se koriste kao komponente mjernih mostova.

Ako govorimo o zaslugama koje karakteriziraju reostatski pretvornici, tada možemo uključiti:

- nema reaktivni učinak na mobilne komponente;

- visoka učinkovitost;

- male dimenzije, mogućnost korištenja u infrastrukturi koja djeluje i na stalnoj i izmjeničnoj struji.

Istodobno, otpornici pretvornika odgovarajućeg tipa nisu uvijek pouzdani i u mnogim slučajevima zahtijevaju od poduzeća da ulažu značajne resurse u održavanje funkcionalnosti.