Convertoare de semnal: tipuri, principiu de funcționare și scop

În industrie și în viața de zi cu zi, utilizarea diferitelor tipuri de convertoare de semnal este comună. Aceste dispozitive pot fi reprezentate în cea mai largă gamă de modificări, adaptate pentru a rezolva problemele din diferite domenii ale economiei. Ce tipuri de convertoare de semnal pot fi clasificate ca cele mai frecvente? Care sunt caracteristicile funcționării lor?

Care este scopul convertoarelor de semnal?

Convertoarele de semnale sunt dispozitive care pot fi într-adevăr reprezentate în cea mai largă gamă de soluții. Acest termen este de fapt colectiv și se poate referi la echipamentele utilizate în diferite segmente ale economiei și clasificate în funcție de criterii absolut diferite. Principalele tipuri de semnale care pot converti dispozitivele în cauză:

- electrice;

- sunet;

- temperatură;

- tehnologică.

În funcție de sarcinile cu care se confruntă utilizatorul convertorului de semnal, modulele care procesează mai multe tipuri diferite de date pot fi combinate în structura dispozitivului corespunzător. Prin urmare, transformarea poate fi efectuată în cadrul aceluiași tip de semnal (de exemplu, de la o frecvență la alta) sau poate fi un mecanism care implică traducerea între diferite categorii de semnale. De exemplu, sunetul electric în sunet.

Cele mai frecvente dispozitive includ un convertor semnale analogice în digital (și invers, dacă este furnizată de structura modulelor interne ale dispozitivului). Să luăm în considerare caracteristicile muncii sale.

Convertor analog-digital

Dispozitivul în cauză este destinat conversiei oricărui semnal analog - de exemplu, reprezentat de indicii de tensiune într-o formă digitală (care permite, de exemplu, înregistrarea semnalului corespunzător într-un fișier).

Unul dintre principalele criterii ale eficienței dispozitivului în cauză este adâncimea de biți a datelor la ieșire. Valoarea sa determină nivelul raportului semnal-zgomot.

Un alt parametru semnificativ care caracterizează calitatea funcționării unui dispozitiv, cum ar fi un convertor analogic, este rata de generare a semnalului de ieșire. Printre acele dispozitive care asigură o performanță optimă sunt cele care sunt tip paralel. Ele generează fluxuri mari de semnal folosind numărul necesar de știfturi. Această caracteristică a dispozitivului determină, în multe cazuri, eliberarea unor convertoare adecvate, caracterizate prin dimensiuni mari. În plus, convertoarele de semnal analogic pot avea un nivel destul de ridicat al consumului de energie. Cu toate acestea, luând în considerare eficiența acestor dispozitive, aceste caracteristici nu sunt adesea considerate a fi dezavantaje.

Conversia semnalelor de la dispozitive analogice digitale paralele este foarte rapidă. Furnizarea de performanță și mai rapidă a tipului adecvat de dispozitive poate fi prin conectarea mai multor dispozitive, astfel încât acestea să poată gestiona fluxul de semnale pe rând.

Alternative la soluțiile paralele pot fi convertoarele de semnal serial. Ele sunt de obicei mai puțin productive, dar mai eficiente din punct de vedere energetic. Aplicarea lor poate fi condiționată în acele cazuri când este vorba de asigurarea transmiterii semnalelor în cadrul unei infrastructuri cu putere redusă sau în cazul în care nu este necesară o viteză de conversie mai mare decât cea furnizată de dispozitive consecutive.

Se poate observa că există dispozitive de tip mixt care combină funcțiile convertoarelor seriale și paralele. În multe cazuri, acestea sunt cele mai optime soluții în ceea ce privește respectarea criteriilor de economie și productivitate.

Mai sus am observat că convertoarele analog-digitale pot include module prin care semnalele digitale sunt convertite în semnale analogice. Există, de asemenea, o categorie separată de dispozitive de tipul corespunzător. Să le studiem trăsăturile.

Convertoare digitale la analogice

Dacă utilizatorul are, de exemplu, un televizor pentru un semnal analogic, funcționarea acestuia va fi posibilă la conectarea antenei corespunzătoare. Sau dacă semnalele sursă sunt convertite în semnale analogice, pe care televizorul le poate recunoaște. Sursa lor poate fi, la rândul ei, o antenă digitală. Sau, ca opțiune, un semnal primit prin Internet.

Dispozitivul în cauză convertește astfel semnalul care conține codul digital într-un curent, o tensiune sau o încărcătură care este transmisă pentru procesare în module analogice. Mecanismele specifice ale acestei transformări depind de tipul de date de intrare. De exemplu, dacă vorbim despre sunet, atunci la intrare este de obicei reprezentată în modulația cu impulsuri. Dacă fișierul sursă este comprimat, pot fi folosite codecuri speciale pentru conversia semnalelor. La rândul său, antena digitală transmite de obicei semnalul pentru procesarea prin metode hardware.

Dispozitivele care includ convertoarele considerate pot fi completate cu module pentru diverse scopuri. De exemplu, atunci când se furnizează reproducerea unei emisiuni de televiziune, se poate utiliza un amplificator de semnal video în plus față de acele module care sunt utilizate de convertor. În multe cazuri este necesar pentru a furniza o imagine de înaltă calitate atunci când semnalul analogic este convertit în digital. De asemenea, un amplificator de semnal video este utilizat dacă doriți să transferați o imagine pe o distanță considerabilă.

Televiziunea nu este singura sferă de utilizare activă a dispozitivelor în cauză. Convertoarele corespunzătoare sunt incluse, de exemplu, în playerele CD, care transformă semnalul digital într-unul analogic.

Traductoare ultrasonice

Următoarea categorie comună de dispozitive este un traductor ultrasonic. Se poate observa că acesta poate fi reprezentat de dispozitive care au cea mai largă gamă de aplicații, precum și de principiile de funcționare. Printre soiurile comune ale traductoarelor ultrasonice este o unitate submersibilă, care este proiectată să fie transmisă în apă sau în alt mediu lichid prin ultrasunete cu o anumită frecvență. Acest dispozitiv poate fi folosit, de exemplu, pentru a purifica diferite obiecte de la contaminare - în băile utilizate pentru curățarea cu ultrasunete.

Există și alte domenii de aplicare a dispozitivelor luate în considerare. Traductorul cu ultrasunete poate fi utilizat pentru a monitoriza integritatea anumitor structuri, conexiuni și pentru a verifica anumite obiecte pentru deteriorări.

Convertoare lineare și impulsuri

Având în vedere particularitățile utilizării convertoarelor, va fi util să se acorde atenție clasificării prin care acestea sunt subdivizate în linii și impulsuri. De fapt, aceste criterii reflectă cele două principii cele mai importante ale operării convertorului.

Cei care sunt liniare pot funcționa pe principiul circuitelor analogice, în care semnalele convertite se formează într-un ritm neted. Convertorul de impuls presupune o reprezentare mai activă a semnalelor atât la ieșire, cât și la prelucrarea lor internă. Cu toate acestea, dacă această operație este efectuată numai în stadiul intern al procesării semnalelor, dispozitivul corespunzător poate forma aceiași parametri ca în cazul în care este implicat un convertizor liniar. Astfel, conceptul de prelucrare liniară sau de impuls poate fi luat în considerare numai în contextul principiului funcționării componentelor hardware-cheie ale dispozitivului de tip corespunzător.

Traductorii de impulsuri sunt utilizați în principal în cazurile în care structura infrastructurii utilizate presupune prelucrarea semnalelor de putere înaltă. Acest lucru se datorează faptului că eficiența dispozitivelor corespunzătoare în astfel de cazuri este mult mai mare decât atunci când se utilizează pentru prelucrarea semnalelor cu putere redusă. Un alt factor în alegerea acestor soluții este utilizarea unor dispozitive de transformare sau condensatoare în infrastructura utilizată, cu care convertoarele de impuls au o compatibilitate optimă.

La rândul său, un convertor liniar este un dispozitiv care este utilizat într-o infrastructură în care sunt procesate semnale cu putere redusă. Sau dacă este necesară reducerea interferențelor cauzate de funcționarea convertizorului. Merită menționat faptul că eficiența soluțiilor luate în considerare în infrastructura de mare putere nu este cea mai importantă, prin urmare aceste dispozitive cel mai adesea alocă o cantitate mai mare de căldură decât convertoarele cu impulsuri. În plus, greutatea și dimensiunile lor sunt, de asemenea, semnificativ mai mari.

Dar, într-un fel sau altul, în practică, funcționarea convertorului conform principiului impulsului poate presupune formarea funcției sale de transfer într-o formă liniară. Prin urmare, înainte de implementarea convertoarelor de semnale adecvate în infrastructură, trebuie să luați în considerare structura lor internă pentru schema de procesare a semnalului aplicabilă.

Traductoare de măsurare

O altă categorie comună de soluții este măsurarea traductoarelor. Care sunt caracteristicile lor? Traductorul de măsurare este un dispozitiv care poate fi de asemenea reprezentat într-un număr mare de soiuri. Combină capacitatea dispozitivului de a măsura măsurarea și conversia anumitor cantități.

Schema de funcționare a dispozitivelor de măsurare de tipul corespunzător poate fi considerată ca fiind utilizată pe scară largă, în care semnalul este procesat în mai multe etape. Mai întâi, traductorul îl ia, apoi îl transformă în valoarea care poate fi măsurată, după aceea - transformată într-o energie utilă. De exemplu, dacă se utilizează un traductor analogic de curent, atunci se efectuează transformarea energiei electrice într-una mecanică.

Desigur, mecanismele specifice pentru aplicarea soluțiilor relevante pot fi prezentate într-o gamă extrem de largă. Este comună folosirea transformărilor de măsurare în scopuri științifice, ca parte a infrastructurii pentru efectuarea de experimente și cercetare. Combină majoritatea traductoarelor de măsurare cu adaptabilitatea lor, în primul rând pentru a lucra cu aplicarea caracteristicilor normalizate atunci când procesează sau transformă un semnal. Se poate observa că aceste caracteristici nu pot fi întotdeauna destinate utilizatorului final al convertorului. Implicarea lor în multe cazuri se desfășoară într-un mod ascuns. Omul, folosind convertoarele de semnale corespunzătoare, primește numai semnalul dorit, adaptat pentru utilizare în diferite scopuri, la ieșire.

Astfel, aceste soluții, ca regulă, nu sunt folosite ca tipuri independente de infrastructură. Acestea fac parte din dispozitive mai complexe - de exemplu, sisteme de automatizare pentru măsurători în producție. Traductoarele de măsurare sunt cel mai adesea clasificate în 2 grupe principale - primare și intermediare. Va fi util să luăm în considerare specificul ambelor.

Clasificarea traductoarelor de măsurare: soluții primare și intermediare

Dispozitivele care aparțin categoriei primare, de regulă, sunt utilizate ca senzori. Adică sunt traductoare la care o anumită cantitate măsurată acționează direct. Celelalte dispozitive aparțin categoriei intermediare. Ele sunt plasate în infrastructura de măsurare imediat după primele și pot fi responsabile pentru un număr mare de operațiuni legate de transformare. Ce fel de operatiuni poate face un convertor de semnal de tipul corespunzator? Pentru aceștia este obișnuit să se includă:

- măsurarea indicatorilor fizici pentru diferite valori;

- diferite conversii pe scară;

- transformarea semnalelor digitale în semnale analogice și invers;

- transformări funcționale.

Rețineți că o astfel de clasificare poate fi considerată condiționată. Acest lucru se datorează în primul rând faptului că mai multe traductoare primare pot fi amplasate în același instrument de măsurare. Un alt motiv pentru a considera clasificarea de mai sus condiționată - este că în diferite tipuri de infrastructură, măsurătorile pot fi efectuate pe principii diferite.

Convertoare electronice optice

Un tip de dispozitiv, popular în diferite sfere ale economiei, este un convertor optic electronic. Acesta, ca și alte tipuri de dispozitive discutate mai sus, poate fi reprezentat într-o gamă largă de modele. Principiul comun de funcționare uneste convertoarele electron-optice: implică transformarea unui obiect invizibil - de exemplu, iluminat prin infraroșu, ultraviolet sau, de exemplu, raze X, în spectrul vizibil.

În acest caz, operația corespunzătoare, de regulă, se realizează în 2 etape. La început, radiația invizibilă este recepționată pe fotocatod, după care se transformă în semnale electronice. Ceea ce deja în a doua etapă este convertit într-o imagine vizibilă și afișată pe ecran. În cazul unui monitor de computer, semnalul poate fi pre-convertit într-un cod digital.

Convertoarele electron-optice sunt soluții clasificate în mod tradițional de mai multe generații. Dispozitivele aferente primei includ un balon de sticlă cu vid. Fotocathodul și anodul sunt situate în el. Între ele se formează o diferență de potențial. Când se aplică o tensiune optimă convertorului, în interiorul convertorului se formează o lentilă electronică care poate focaliza fluxurile de electroni.

În convertoarele de a doua generație sunt prezente module de accelerare electronică, crescând astfel luminozitatea imaginii. În dispozitivele din cea de-a treia generație se utilizează materiale care măresc sensibilitatea fotocatodului ca o componentă cheie a convertorului optic electronic mai mult de 3 ori.

Caracteristicile traductoarelor rezistive

Un alt tip comun de dispozitive - convertoare rezistive. Să luăm în considerare caracteristicile lor în detaliu.

Aceste traductoare sunt adaptate pentru a-și schimba propria rezistență electrică atunci când sunt supuse unei anumite valori măsurate. De asemenea, ele pot regla mișcarea unghiulară și liniară. Cel mai adesea, aceste traductoare sunt incluse în sistemele de automatizare cu senzori de presiune, temperatură și nivel iluminare, măsurare intensitatea diferitelor tipuri de radiații. Principalele avantaje ale traductoarelor rezistive sunt:

- fiabilitate;

- Lipsa unei relații între precizia măsurătorilor și stabilitatea tensiunii de alimentare.

Există un număr mare de variații ale dispozitivelor corespunzătoare. Printre cele mai populare sunt senzorii de temperatură. Să le studiem trăsăturile.

Senzori de temperatură rezistivi

Acești convertoare de semnal au componente care sunt sensibile la modificările temperaturii ambiante. Dacă crește, rezistența lor poate crește. Aceste dispozitive sunt caracterizate în primul rând prin precizie foarte mare. În unele cazuri, acestea fac posibilă variația temperaturii cu o precizie de ordinul de 0.026 grade Celsius. Ca parte a acestor dispozitive există elemente fabricate din platină - în acest caz, coeficientul de rezistență va fi mai mic sau cupru.

Utilizarea senzorilor rezistivi este caracterizată de un număr de nuanțe. Astfel, trebuie avut în vedere faptul că valorile de curent de excitație mai mari aplicate senzorului cresc sensibilitatea la temperatură, dar, în același timp, încălzesc elementele convertorului corespunzător. Acest lucru duce, în multe cazuri, la o scădere a preciziei. Prin urmare, se recomandă să se asigure parametrii optimi de excitație, luând în considerare condițiile specifice de măsurare. În calcul se poate lua, de exemplu, conductivitatea termică a mediului în care este utilizat senzorul - aer sau apă. De regulă, indicatorii recomandați pentru curenții de excitație sunt stabiliți de producătorii de senzori de tipul respectiv. Cu toate acestea, ele pot varia în mod semnificativ în funcție de metalele utilizate în proiectarea dispozitivelor. În plus, atunci când se utilizează senzorii în cauză, este necesar să se ia în considerare un astfel de indicator ca fiind valoarea limită pentru curentul de lucru. De obicei este de asemenea determinat de producător.

Senzorii rezistivi sunt printre cele mai comune tipuri de traductoare din fermă. Acest lucru se datorează în mare măsură avantajelor tehnologice semnificative ale multor soiuri. De exemplu, dacă vorbim despre termistori - se caracterizează prin sensibilitate ridicată, compactitate, greutate redusă. Tipul adecvat de senzori poate fi utilizat pentru măsurarea temperaturii aerului în diferite condiții. Producția lor nu implică adesea costuri semnificative. Adevărat, termistorii au dezavantaje - în primul rând, acesta este un grad ridicat de non-linearitate, astfel încât acestea să poată fi utilizate în practică în intervale de temperatură destul de înguste.

Convertoare de tip corespondent semnale (vizionări și desemnarea lor poate fi determinată pe baza diferitelor criterii de clasificare) sunt utilizate pe scară largă în viața de zi cu zi. De exemplu, senzori de temperatură, conținând în compoziția lor elemente de platină și cupru, în compoziția:

- infrastructura de încălzire - în scopul măsurării temperaturii agentului de răcire la una sau alta secțiune a echipamentului, precum și într-o încăpere încălzită;

- mașini de spălat - pentru măsurarea temperaturii apei și ajustarea acesteia pentru diverse programe de spălare;

- fiare - în același mod pentru a asigura temperatura optimă de călcare în cadrul unui anumit mod de funcționare;

- sobă electrică, precum și alte tipuri de echipamente pentru prepararea alimentelor - și pentru a asigura funcționarea lor prin activarea anumitor regimuri de utilizare.

Convertizoare de rheostat

Un alt tip popular de dispozitive rezistive este convertorii reostatului. Principiul lor de funcționare se bazează pe măsurarea electricității rezistența unui conductor sub influența mișcării de intrare. În practică, acest convertor include elemente care sunt adaptate mișcării datorită efectului cantității măsurate. Cel mai adesea, dispozitivele în cauză sunt incluse în divizoare de tensiune sau utilizate ca o componentă a podurilor de măsurare.

Dacă vorbim despre meritele care caracterizează convertoarele reostatice, atunci la aceasta se poate include:

- nici un efect reactiv asupra componentelor mobile;

- eficiență ridicată;

- dimensiuni mici, posibilitatea utilizării într-o infrastructură care funcționează atât pe curent permanent cât și curent alternativ.

În același timp, traductoarele rezistive de tipul corespunzător nu sunt întotdeauna de încredere și, în multe cazuri, necesită întreprinderea să investească resurse semnificative în menținerea funcționalității.