Pretvornici signala: vrste, princip rada i svrha

U industriji iu svakodnevnom životu je česta pojavaprimjena različitih tipova pretvornika signala. Ovi uređaji mogu biti zastupljeni u najširem rasponu preinaka, prilagođeni rješavanju problema u različitim područjima gospodarstva. Koje vrste signala pretvarači se mogu pripisati najčešćim? Što mogu biti svojstva njihove operacije?

Koja je svrha pretvarača signala?

Pretvornici signala su uređaji kojimogu se stvarno 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 potpuno različitim kriterijima. Glavne vrste signala koji mogu pretvoriti dotične uređaje su:

- električni;

- zvuk;

- temperatura;

- tehnološka priroda.

Ovisno o zadacima koja se suočavajuKorisnik pretvarača signala moduli koji obrađuju nekoliko različitih vrsta podataka mogu se kombinirati u strukturi odgovarajućeg uređaja. Konverzija se, dakle, može provesti unutar jedne vrste signala (na primjer, s jedne frekvencije na drugu) ili može biti mehanizam koji uključuje prevođenje između različitih kategorija signala. Na primjer, električni zvuk.

Najčešći uređaji uključujupretvarač analognih signala na digitalni (i obratno, ako je predviđeno strukturom unutarnjih modula uređaja). Razmotrite značajke svog djela.

Analogno-digitalni pretvarač

Predmetni uređaj je namijenjenza pretvaranje bilo kojeg analognog signala - na primjer, predstavljenog indikatora napona, u digitalni oblik (dopuštajući, primjerice, snimanje odgovarajućeg signala u datoteku).

Jedan od glavnih kriterija za učinkovitost dotičnog aparata jest brojčani kapacitet izlaznih podataka. Njegova vrijednost određuje razinu omjera signala i šuma.

Još jedan značajan parametar koji karakterizirakvaliteta rada takvog uređaja kao analognog pretvarača je brzina formiranja izlaznog signala. Među onima koji pružaju optimalnu izvedbu - one koji pripadaju paralelnom tipu. Oni su stvaranje velikih tokova signala pomoću potrebnog broja zaključaka. Ova značajka funkcioniranja aparata u mnogim slučajevima predodređuje oslobađanje odgovarajućih pretvornika, karakteriziranih velikim dimenzijama. Osim toga, pretvornici analognih signala mogu imati relativno visoku razinu potrošnje energije. Međutim, uzevši u obzir izvedbu ovih uređaja, njihove se značajke često ne smatraju nedostacima.

Pretvorba signala s analognog na digitalniparalelni uređaji vrlo brzo izvedeni. Moguće je postići još veću brzinu rada odgovarajuće vrste uređaja spajanjem nekoliko uređaja, zahvaljujući kojima mogu obraditi tok signala zauzvrat.

Alternativa paralelnim rješenjima može bitiserijski pretvarači signala. Oni su obično manje produktivni, ali energetski učinkovitije. Njihova uporaba može biti posljedica slučajeva kada postoji pitanje o pružanju emitiranih signala unutar infrastrukture niske snage ili ako nije potrebna veća stopa konverzije od one koju pružaju uzastopni uređaji.

Može se primijetiti da postoje uređajimiješan tip, kombinirajući funkcije serijskih i paralelnih pretvarača. U mnogim slučajevima, to su najbolje rješenje u smislu ispunjavanja kriterija učinkovitosti i produktivnosti.

Iznad, primijetili smo da analogno-digitalniPretvornici mogu uključivati ​​module putem kojih se digitalni signali pretvaraju u analogni. Postoji posebna kategorija uređaja odgovarajuće vrste. Proučavamo njihove osobine.

D / A pretvarači

U slučaju da je na raspolaganju korisnikuje, na primjer, televizor za analogni signal, tada će njegov rad biti moguć kada se poveže odgovarajuća antena. Ili, ovisno o pretvorbi izvornih signala u analogni, koji ovaj televizor može prepoznati. Njihov izvor može biti, zauzvrat, digitalna antena. Ili, alternativno, signal koji se primio putem Interneta.

Tako se smatra uređajpretvara signal koji sadrži digitalni kôd u struju, napon ili punjenje, koji se prenosi na obradu analognim modulima. Specifični mehanizmi ove transformacije ovise o vrsti izvornih 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 hardverom.

Uređaji koji uključujusmatra se da se pretvarači mogu nadopuniti modulima za različite svrhe. Na primjer, pri osiguravanju reprodukcije televizijskog emitiranja, osim modula koje koristi pretvornik, može se koristiti i 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 trebate prenositi slike na znatnoj udaljenosti.

Televizija nije jedina aktivna sferaaplikacije predmetnih uređaja. Na primjer, u CD playerima uključeni su odgovarajući pretvornici, koji također pretvaraju digitalni signal u analogni.

Ultrazvučni pretvornici

Sljedeća zajednička kategorija uređaja jestultrazvučni pretvornik. Može se primijetiti da se ona može prikazati uređajima koji imaju najširi raspon primjena, kao i načela rada. Među uobičajenim vrstama ultrazvučnih pretvornika je jedinica za uranjanje, koja je dizajnirana za prijenos ultrazvuka u vodu ili drugu tekućinu medija na određenoj frekvenciji. Ovaj se uređaj može upotrijebiti, na primjer, za čišćenje različitih predmeta od kontaminacije - u sastavu kade za ultrazvučno čišćenje.

Postoje i druge prijaveuređaji. Ultrazvučni pretvornik može se koristiti za praćenje integriteta određenih struktura, veza, provjere različitih objekata radi oštećenja.

Linearni i impulsni pretvarači

S obzirom na značajke aplikacijepretvarači, korisno je obratiti pažnju na klasifikaciju prema kojoj su podijeljeni na linearni i pulsirani. Ustvari, ti kriteriji odražavaju dva najvažnija načela rada pretvarača.

Oni koji su linearni mogu raditinačelo analognog kruga, u kojem se kabrioletni signali generiraju pod blagim tempom. Pretvornik impulsa pretpostavlja aktivnije prikazivanje signala kako na izlazu tako i tijekom njihove unutarnje obrade. Međutim, ako se ova operacija provodi samo u internoj fazi obrade signala, odgovarajući uređaj može zapravo oblikovati iste parametre kao u slučaju kada je linearni pretvarač aktiviran. Dakle, koncept linearne ili pulsne obrade može se smatrati samo u kontekstu načela rada ključnih hardverskih komponenti uređaja odgovarajuće vrste.

Uglavnom impulsni pretvaračiuključeni su u slučajeve u kojima se preuzimanje signala visoke snage pretpostavlja kao dio korištene infrastrukture. To je zbog činjenice da je učinkovitost odgovarajućih uređaja u takvim slučajevima znatno veća nego kada se koriste za obradu signala niže snage. Drugi čimbenik u izboru ovih rješenja je uporaba transformatorskih ili kondenzatorskih uređaja kao dijela korištene infrastrukture s kojom pulsni pretvarači imaju optimalnu kompatibilnost.

S druge strane, linearni pretvornik jeuređaj koji se koristi u okviru infrastrukture u kojoj se obrađuju signali male snage. Ili ako postoji potreba za smanjenjem smetnji koje proizlaze iz rada pretvarača. Važno je napomenuti da učinkovitost rješenja koja se razmatraju u infrastrukturi velike snage nije najistaknutiji, pa su ti uređaji često proizvodili više topline od pretvarača impulsa. Osim toga, njihova težina i dimenzije također su znatno veći.

Ali, na ovaj ili onaj način, u praksi funkcionirapretvarač pomoću princip impulsa može pretpostaviti formiranje njegove prijenosne funkcije u linearnom obliku. Stoga, prije uvođenja odgovarajućih pretvornika signala u infrastrukturu, treba razmotriti njihovu unutarnju strukturu s obzirom na primijenjeni sklop obrade signala.

Mjerni pretvarači

Još jedna uobičajena kategorija rješenja -mjerni pretvarači. Koje su njihove značajke? Mjerni pretvornik je uređaj koji se također može prikazati u velikom broju varijanti. Kombinira prilagodljivost tih uređaja s obzirom na mjerenje i transformaciju određenih količina.

Uobičajeno se može smatrati shemomrad mjernih uređaja odgovarajućeg tipa, u kojem se signal obrađuje u nekoliko faza. Prvo ga transduktor preuzima, zatim je pretvara u vrijednost koja se može izmjeriti, a zatim je pretvara u neku korisnu energiju. Primjerice, ako se koristi analogni pretvarač struje, tada se provodi transformacija električne energije u mehaničku energiju.

Naravno, specifični mehanizmi primjenerelevantna rješenja mogu se prikazati u vrlo širokom rasponu. Uobičajena je upotreba mjernih transformacija u znanstvene svrhe kao dio infrastrukture za provođenje eksperimenata i istraživanja. Većinu mjernih pretvarača ujedinjuje njihova prilagodljivost, prije svega, rad s korištenjem standardiziranih značajki tijekom obrade ili transformacije signala. Može se primijetiti da ta svojstva ne moraju uvijek biti namijenjena krajnjem korisniku pretvarača. Njihovo sudjelovanje u mnogim slučajevima provodi se u skrivenom načinu rada. Osoba, koja koristi odgovarajuće signalne pretvarače, prima samo traženi signal, prilagođen za uporabu u različite svrhe, na izlazu.

Dakle, ova rješenja obično nisukoriste se kao neovisni tipovi infrastrukture. Oni su dio složenijih uređaja - na primjer, u automatizaciji mjerenja u proizvodnji. Mjerni pretvarači najčešće se svrstavaju u dvije glavne skupine - primarnu i srednju. Bit će korisno razmotriti specifičnosti tih i drugih.

Klasifikacija pretvornika: primarna i srednja rješenja

Uređaji koji pripadaju kategoriji primarnih,U pravilu se koriste kao senzori. To jest, oni su pretvarači na kojima jedna ili druga izmjerena vrijednost djeluje izravno. Preostali uređaji su klasificirani kao srednji. Oni su smješteni u mjernu infrastrukturu odmah nakon prve i mogu biti odgovorni za velik broj operacija povezanih s transformacijom. Koje specifične operacije mogu izvoditi pretvarač razine signala odgovarajućeg tipa? To se obično pripisuje:

- mjerenje fizičkih pokazatelja na ovaj ili onaj način;

- razne transformacije ljestvice;

- transformacija digitalnih signala u analogni i obrnuto;

- funkcionalne transformacije.

Napominjemo da se takva klasifikacija može uzeti u obziruvjetno. To je prvenstveno zbog činjenice da u istom mjernom alatu može biti više primarnih pretvarača. Drugi razlog za razmatranje gornje klasifikacije kao uvjetne je da se u različitim vrstama infrastrukture mjerenja mogu provoditi prema različitim načelima.

Elektronsko-optički pretvarači

Još jedna popularna u raznim područjima gospodarstvavrsta uređaja - elektrooptički pretvarač. On, kao i drugi tipovi uređaja o kojima se gore raspravljalo, može biti predstavljen u širokom rasponu izvedbi. Opći princip djelovanja kombinira elektrooptičke pretvarače: uključuje transformaciju nevidljivog objekta - primjerice, osvijetljenog infracrvenim, ultraljubičastim ili, na primjer, X-zrakama - u vidljivi spektar.

U ovom slučaju, odgovarajuća operacija, u pravilu,provodi se u 2 faze. U prvom stupnju na fotokatodu se prima nevidljivo zračenje, nakon čega se transformira u elektronske signale. Koji su već u drugoj fazi pretvaraju se u vidljivu sliku i prikazuju na zaslonu. U slučaju da se radi o računalnom monitoru, signal se može unaprijed pretvoriti u digitalni kod.

Elektronsko-optički pretvarači - rješenja,koje su tradicionalno klasificirane nekoliko generacija. Uređaji povezani s prvim, sastoje se od staklene vakuumske tikvice. U njemu se nalaze fotokatoda i anoda. Između njih se stvara razlika u potencijalu. Kada se na pretvarač primijeni optimalni napon, unutar njega se formira elektronska leća, koja je u stanju fokusirati struje elektrona.

U drugoj generaciji postoje pretvaračimoduli ubrzanja elektrona, što rezultira poboljšanom svjetlinom slike. Uređaji treće generacije koriste materijale koji mogu povećati osjetljivost fotokatode kao ključnu komponentu elektronsko-optičkog pretvarača više od 3 puta.

Značajke otpornih pretvarača

Još jedan čest tip uređaja - otporni pretvarači. Razmotrite njihove pojedinosti detaljnije.

Ovi pretvarači su prilagođeni promjenamavlastiti električni otpor kada je izložen određenoj mjernoj vrijednosti. Također mogu prilagoditi kutno i linearno kretanje. Najčešće su ovi pretvarači uključeni u sustave automatizacije sa senzorima za tlak, temperaturu, razinu osvjetljenja, mjerenje intenziteta različitih tipova zračenja. Glavne prednosti otpornika:

- Pouzdanost;

- nema ovisnosti između točnosti mjerenja i stabilnosti napona napajanja.

Postoji veliki broj različitih vrsta relevantnih uređaja. Među najpopularnijim su temperaturni senzori. Proučavamo njihove značajke.

Otporni osjetnici temperature

Ovi pretvarači signala posjedujukomponente koje su osjetljive na promjene temperature okoline. Ako se podigne, njihova se otpornost može povećati. Ove uređaje karakterizira prvenstveno vrlo visoka točnost. U nekim slučajevima, oni omogućuju promjenu temperature s točnošću od 0,026 stupnjeva Celzija. Ovi uređaji uključuju elemente od platine - u ovom slučaju, koeficijent otpora će biti niži, ili bakar.

Korištenje otporničkih senzora karakterizirablizu nijansi. Stoga treba napomenuti da veće brzine struje uzbude koje se primjenjuju na senzor povećavaju njezinu osjetljivost na temperaturu, ali istovremeno zagrijavaju elemente odgovarajućeg pretvarača. To u mnogim slučajevima uzrokuje smanjenje njegove točnosti. Stoga se preporuča osigurati optimalno izvođenje struje uzbude, uzimajući u obzir specifične uvjete mjerenja. Izračun se može uzeti, na primjer, toplinskom vodljivošću okoline u kojoj se koristi senzor - zrak ili voda. U pravilu, preporučene pokazatelje za struje polja utvrđuju proizvođači senzora odgovarajućeg tipa. Međutim, oni mogu značajno varirati ovisno o metalima koji se koriste u dizajnu uređaja. Osim toga, kada se koriste dotični senzori, potrebno je uzeti u obzir takav indikator kao graničnu vrijednost radne struje. Obično je određuje i proizvođač.

Otporni senzori su među najvišeuobičajene vrste pretvarača u gospodarstvu. To je uglavnom zbog značajnih tehnoloških prednosti mnogih njihovih sorti. Na primjer, ako govorimo o termistorima, karakterizira ih visoka osjetljivost, kompaktnost, mala težina. Za mjerenje temperature zraka u različitim uvjetima mogu se koristiti odgovarajući senzori. Njihova proizvodnja često ne podrazumijeva značajne troškove. Istina, postoje termistori i nedostaci - prije svega, to je visok stupanj nelinearnosti, zbog čega se mogu koristiti u praksi u prilično uskim rasponima temperature.

Odgovarajući pretvarači signala tipa(vrste i namjena istih mogu se odrediti na temelju različitih klasifikacijskih kriterija). Na primjer, u svoj sastav uobičajeno je uključiti temperaturne senzore koji sadrže elemente platine i bakra:

- infrastruktura za grijanje - kako bi se izmjerili pokazatelji temperature rashladnog sredstva u onim ili drugim područjima opreme, kao iu grijanim prostorijama;

- strojevi za pranje - kako bi se izmjerila temperatura vode i njezina prilagodba različitim programima pranja;

- pegle - slično kako bi se osigurala optimalna temperatura glačanja u okviru određenog načina rada;

- električni štednjaci, kao i druge vrste opreme za kuhanje hrane - također kako bi se osiguralo njihovo funkcioniranje tijekom aktiviranja tih ili drugih načina korištenja.

Pretvarači reostata

Još jedna popularna vrsta otpornih uređaja -pretvarači reostata. Njihov princip rada temelji se na mjerenju električnog otpora vodiča pod utjecajem ulaznog pomaka. U praksi, ovaj pretvornik sadrži elemente koji su prilagođeni kretanju zbog utjecaja izmjerene vrijednosti. Najčešće su dotični uređaji uključeni u razdjelnike napona ili se koriste kao dio mjernih mostova.

Ako govorimo o zaslugama koje karakteriziraju reostatičke pretvornike, onda to uključuje:

- nema reaktivnih učinaka na mobilne komponente;

- visoka učinkovitost;

- mala veličina, mogućnost korištenja infrastrukture, koja djeluje i na izravnu i na izmjeničnu struju.

Istovremeno, otporni pretvarači odgovarajućeg tipa nisu uvijek pouzdani i u mnogim slučajevima zahtijevaju značajne troškove za poduzeće za održavanje funkcionalnosti.