Convertoare de semnal: tipuri, principiu de funcționare și scop

În industrie și în viața de zi cu zi este comunăaplicarea diferitelor tipuri de convertoare de semnal. Aceste dispozitive pot fi reprezentate în cea mai largă gamă de modificări, adaptate la rezolvarea problemelor din diferite domenii ale economiei. Ce tipuri de convertoare de semnal pot fi atribuite celor mai frecvente? Care sunt caracteristicile funcționării lor?

Care este scopul convertoarelor de semnal?

Convertoarele de semnale sunt dispozitive carepot fi într-adevăr reprezentate în cea mai largă gamă de soluții. Acest termen este de fapt colectiv și poate fi legat de echipamentele utilizate în diferite segmente ale economiei și clasificat conform unor criterii complet diferite. Principalele tipuri de semnale care pot converti dispozitivele în cauză sunt:

- electrice;

- sunet;

- temperatura;

- natura tehnologică.

În funcție de sarcinile cu care se confruntăPrin intermediul utilizatorului convertorului de semnal, modulele care procesează mai multe tipuri diferite de date pot fi combinate în structura dispozitivului corespunzător. Conversia, astfel, poate fi efectuată într-un tip de semnal (de exemplu, de la o frecvență la alta) sau poate fi un mecanism care implică traducerea între diferitele categorii de semnale. De exemplu, sunetul electric.

Cele mai frecvente dispozitive includconvertorul semnalelor analogice în digital (și invers, dacă este prevăzut de structura modulelor interne ale dispozitivului). Luați în considerare caracteristicile muncii sale.

Convertor analog-digital

Dispozitivul în cauză este destinatpentru a converti orice semnal analogic - de exemplu, reprezentat de indicatori de tensiune, într-o formă digitală (permite, de exemplu, înregistrarea semnalului corespunzător într-un fișier).

Unul dintre principalele criterii pentru eficacitatea aparatului în cauză este lățimea datelor la ieșire. Valoarea sa determină nivelul raportului semnal-zgomot.

Un alt parametru semnificativ care caracterizeazăcalitatea muncii unui astfel de dispozitiv ca convertor analogic este viteza de formare a semnalului de ieșire. Printre dispozitivele care oferă performanțe optime - cele care aparțin tipului paralel. Acestea sunt formarea unor fluxuri mari de semnale folosind numărul necesar de concluzii. Această caracteristică a funcționării aparatului determină, în multe cazuri, eliberarea traductoarelor corespunzătoare, caracterizată 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 performanțele acestor dispozitive, caracteristicile lor nu sunt adesea considerate deficiențe.

Conversia semnalelor de la analog la digitaldispozitive paralele efectuate foarte repede. Este posibil să se asigure o viteză de operare mai mare a tipurilor de dispozitive corespunzătoare prin conectarea mai multor dispozitive, datorită cărora pot fi procesate fluxurile de semnal la rândul lor.

O alternativă la soluțiile paralele poate ficonvertoare de semnal de tip serial. Ele sunt de obicei mai puțin productive, dar mai eficiente din punct de vedere energetic. Utilizarea acestora se poate datora cazurilor în care există o întrebare privind furnizarea de semnale de emisie în infrastructura cu putere redusă sau dacă nu este necesară o rată de conversie mai mare decât cea furnizată de dispozitive consecutive.

Se poate observa că există dispozitivemixt, combinând funcțiile convertoarelor seriale și paralele. În multe cazuri, acestea reprezintă cea mai bună soluție în ceea ce privește îndeplinirea criteriilor de eficiență și productivitate.

Deasupra, am observat că analog-digitalConvertoarele pot include module prin care semnalele digitale sunt convertite în analogie. Există o categorie separată de dispozitive de tipul potrivit. Noi studiem caracteristicile lor.

Convertoare D / A

În cazul în care este la dispoziția utilizatoruluieste, de exemplu, un televizor pentru un semnal analogic, atunci funcționarea acestuia va fi posibilă atunci când o antenă corespunzătoare este conectată. Sau, sub rezerva transformării semnalelor originale în analogice, pe care acest televizor le poate recunoaște. Sursa lor poate fi, la rândul ei, o antenă digitală. Sau, alternativ, semnalul primit prin intermediul Internetului.

Dispozitivul considerat este astfelconvertește un semnal care conține un cod digital într-un curent, tensiune sau încărcare, care este transmis pentru procesare în module analogice. Mecanismele specifice ale acestei transformări depind de tipul de date sursă. De exemplu, dacă vorbim despre sunet, atunci la intrare este de obicei reprezentată în modulația cu impulsuri. Dacă fișierul sursă este comprimat, atunci codec-uri speciale de software pot fi folosite pentru a converti semnalele. La rândul său, o antenă digitală transmite de obicei un semnal pentru a fi procesat de hardware.

Dispozitive care includconvertoarele considerate pot fi completate cu module pentru diverse scopuri. De exemplu, atunci când se asigură reproducerea unei emisiuni de televiziune, se poate utiliza un amplificator de semnal video în plus față de modulele utilizate de convertor. În multe cazuri, este necesar pentru a asigura o calitate superioară a imaginii atunci când semnalul analogic este transformat într-unul digital. De asemenea, este folosit un amplificator de semnal video dacă aveți nevoie să transferați o imagine pe o distanță considerabilă.

Televiziunea nu este singura sferă activăaplicațiile dispozitivelor în cauză. Convertoarele corespunzătoare sunt incluse, de exemplu, în playerele CD, care transformă, de asemenea, un semnal digital într-unul analogic.

Traductoare cu ultrasunete

Următoarea categorie comună de dispozitive estetraductor 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 tipurile comune de traductoare cu ultrasunete se numără o unitate de imersie, care este proiectată să transmită ultrasunetele în apă sau în alt mediu lichid la o anumită frecvență. Acest dispozitiv poate fi folosit, de exemplu, pentru a efectua curățarea diferitelor obiecte de la contaminare - în compoziția băilor utilizate pentru curățarea cu ultrasunete.

Există și alte aplicații luate în consideraredispozitive. Traductorul ultrasonic poate fi folosit pentru a monitoriza integritatea anumitor structuri, conexiuni, verificarea diferitelor obiecte pentru deteriorare.

Convertoare lineare și impulsuri

Având în vedere caracteristicile aplicațieiconvertoare, va fi util să se acorde atenție clasificării, conform căreia acestea sunt împărțite în linii și impulsuri. De fapt, aceste criterii reflectă cele două principii cele mai importante ale funcționării convertoarelor.

Cei care sunt liniare pot lucra laprincipiul designului de circuit analogic, în care semnalele convertibile sunt generate într-un ritm neted. Convertorul de impuls presupune o reprezentare mai activă a semnalelor atât la ieșire, cât și la procesarea lor internă. Cu toate acestea, dacă această operație se efectuează numai în stadiul intern de procesare a semnalului, dispozitivul corespunzător poate forma aceiași parametri ca în cazul în care convertizorul liniar este activat. Astfel, conceptul de prelucrare liniară sau pulsată poate fi luat în considerare numai în contextul principiului de funcționare a componentelor hardware-cheie ale dispozitivului de tip corespunzător.

Impuls convertoare în principalacestea sunt utilizate în cazurile în care prelucrarea semnalelor de înaltă putere este presupusă ca parte a infrastructurii utilizate. Acest lucru se datorează faptului că eficiența dispozitivelor corespunzătoare în astfel de cazuri este semnificativ mai mare decât atunci când acestea sunt utilizate pentru a procesa semnale de putere mai mică. Un alt factor în alegerea acestor soluții este utilizarea dispozitivelor de transformare sau condensatoare ca parte a infrastructurii utilizate, cu care convertizoarele de puls au o compatibilitate optimă.

La rândul său, traductorul liniar esteun dispozitiv care este utilizat în cadrul infrastructurii în care procesarea semnalelor cu putere redusă. Sau dacă este necesar să se reducă interferențele rezultate din funcționarea convertizorului. Este demn de remarcat faptul că eficiența soluțiilor luate în considerare într-o infrastructură de mare putere nu este cea mai importantă, prin urmare, aceste dispozitive emit cel mai adesea mai multă căldură decât convertoarele de impulsuri. În plus, greutatea și dimensiunile lor sunt, de asemenea, semnificativ mai mari.

Dar, într-un fel sau altul, în practică funcționareatraductorul prin principiul impulsului poate presupune formarea funcției sale de transfer într-o formă liniară. Prin urmare, înainte de introducerea convertoarelor de semnale adecvate în infrastructură, trebuie să se ia în considerare structura lor internă în ceea ce privește circuitul de procesare a semnalului aplicat.

Traductoare de măsurare

O altă categorie comună de soluții -traductoare de măsurare. Care sunt caracteristicile lor? Un traductor de măsurare este un dispozitiv care poate fi de asemenea reprezentat într-un număr mare de varietăți. Combină adaptabilitatea acestor dispozitive în ceea ce privește măsurarea și conversia anumitor cantități.

Frecvente pot fi considerate schemefuncționarea dispozitivelor de măsurare de tipul corespunzător, în care semnalul este procesat în mai multe etape. În primul rând, traductorul o ia, apoi îl transformă în valoarea care poate fi măsurată, apoi o transformă într-o energie utilă. De exemplu, dacă se utilizează un traductor de măsurare a curentului analogic, se efectuează transformarea energiei electrice în energie mecanică.

Desigur, mecanisme specifice de aplicaresoluțiile relevante pot fi prezentate într-o gamă extrem de largă. Este comună utilizarea transformărilor de măsurare în scopuri științifice, ca parte a infrastructurii pentru efectuarea de experimente și de cercetare. Majoritatea convertoarelor de măsurare sunt unite în funcție de capacitatea lor, mai întâi de toate, de a lucra cu caracteristici standardizate în procesarea sau transformarea unui semnal. Se poate observa că aceste caracteristici nu pot fi întotdeauna destinate utilizatorului final al convertorului. Implicarea lor în multe cazuri este efectuată în mod ascuns. O persoană care utilizează convertoare de semnale adecvate primește numai semnalul necesar, adaptat pentru utilizare în anumite scopuri, la ieșire.

Astfel, aceste soluții nu sunt de obiceisunt utilizate ca tipuri independente de infrastructură. Acestea fac parte din dispozitive mai complexe - de exemplu, sistemele de automatizare a măsurătorilor 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 acestor și al altora.

Clasificarea traductorilor: soluții primare și intermediare

Dispozitivele care aparțin categoriei primare,De regulă, ele sunt utilizate ca senzori. Adică aceștia sunt convertoare pe care una sau altă valoare măsurată acționează direct. Dispozitivele rămase sunt clasificate ca intermediari. Ele sunt plasate în infrastructura de măsurare imediat după primul și pot fi responsabile pentru un număr mare de operații asociate transformării. Ce operații specifice pot efectua convertorul de nivel de semnal de tipul corespunzător? Acestea includ:

- măsurarea indicatorilor fizici într-un fel sau altul;

- diferite transformări de scară;

- transformarea semnalelor digitale în analogice și invers;

- transformări funcționale.

Rețineți că o astfel de clasificare poate fi luată în considerarecondiționată. Acest lucru se datorează în primul rând faptului că pot exista mai mulți traductori primari în același instrument de măsurare. Un alt motiv pentru care clasificarea de mai sus este condiționată este că, în diferite tipuri de infrastructură, măsurătorile pot fi efectuate în conformitate cu principii diferite.

Convertoare electronice optice

Un alt popular în diferite domenii ale economieitip dispozitiv - convertor electro-optic. Acesta, ca și celelalte tipuri de dispozitive discutate mai sus, poate fi prezentat într-o gamă largă de modele. Acesta combină convertoarele electro-optice cu un principiu general de funcționare: implică conversia unui obiect invizibil - de exemplu, iluminat prin infraroșu, ultraviolet sau, de exemplu, raze X, în spectrul vizibil.

În acest caz, operațiunea corespunzătoare, de regulă,desfășurat în 2 etape. În prima, radiația invizibilă este primită pe fotocatod, după care se transformă în semnale electronice. Ceea ce se află deja în a doua etapă sunt convertite într-o imagine vizibilă și afișate pe ecran. În cazul în care este un monitor de computer, semnalul poate fi pre-convertit într-un cod digital.

Convertoare electronice optice - soluții,care sunt în mod tradițional clasificate pentru mai multe generații. Dispozitivele aferente primei sunt compuse dintr-un balon de sticlă cu vid. Acesta găzduiește fotocatodul și anodul. Se formează o diferență de potențial între ele. Atunci când se aplică o tensiune optimă convertorului, în interiorul acestuia se formează o lentilă electronică capabilă să focalizeze fluxul de electroni.

În a doua generație sunt prezenți convertoareleelectronice, ceea ce are ca rezultat o luminozitate îmbunătățită a imaginii. Dispozitivele din a treia generație utilizează materiale care pot crește mai mult de 3 ori sensibilitatea fotocatodului ca element cheie al unui convertor optic electron.

Caracteristicile traductoarelor rezistive

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

Aceste convertoare sunt adaptate să se schimbe.rezistența electrică proprie atunci când este expusă la o anumită valoare măsurată. De asemenea, ele pot regla mișcarea unghiulară și liniară. Cel mai adesea, aceste convertoare sunt incluse în sistemele de automatizare cu senzori pentru presiune, temperatură, nivel de iluminare, măsurarea intensității diferitelor tipuri de radiații. Principalele avantaje ale traductoarelor rezistive:

- fiabilitate;

- nu există nici o dependență între precizia măsurătorilor și stabilitatea tensiunii de alimentare.

Există un număr mare de varietăți de dispozitive relevante. Printre cele mai populare sunt senzorii de temperatură. Noi studiem caracteristicile lor.

Senzori de temperatură rezistivi

Acești convertoare de semnal posedăcomponente 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, ele fac posibilă schimbarea temperaturii cu o precizie de ordinul de 0.026 grade Celsius. Aceste dispozitive includ elemente din platină - în acest caz, coeficientul de rezistență va fi mai mic sau cupru.

Utilizarea senzorilor rezistivi se caracterizează prin:lângă nuanțe. Astfel, trebuie remarcat faptul că frecvențele mai mari ale curentului de excitație aplicate senzorului cresc sensibilitatea la temperatură, dar, în același timp, încălzesc elementele traductorului corespunzător. Acest lucru duce, în multe cazuri, la o scădere a preciziei. Prin urmare, se recomandă asigurarea unei performanțe optime a curentului de excitație, ținând cont de condițiile specifice de măsurare. Se poate calcula, de exemplu, conductivitatea termică a mediului în care este utilizat senzorul - aer sau apă. De regulă, valorile recomandate pentru curenții de câmp sunt stabilite de producătorii de senzori de tipul corespunzător. Cu toate acestea, acestea pot varia considerabil în funcție de metalele utilizate în proiectarea dispozitivului. În plus, atunci când se utilizează senzorii în cauză, este necesar să se țină seama de un astfel de indicator ca valoarea limită a curentului de funcționare. De obicei este de asemenea determinat de producător.

Rezistenți senzori sunt printre cele mai multetipuri comune de convertoare în economie. Acest lucru se datorează în mare măsură avantajelor tehnologice semnificative ale multor soiuri. De exemplu, dacă vorbim despre termistori, ele se caracterizează prin sensibilitate ridicată, compactitate, greutate redusă. Senzorii adecvați pot fi utilizați pentru a măsura temperatura aerului în diferite condiții. Producția lor adesea nu presupune costuri semnificative. Adevărat, există termistori și dezavantaje - în primul rând, acesta este un grad ridicat de neliniaritate, ca urmare a faptului că acestea pot fi utilizate în practică în intervale de temperatură destul de înguste.

Convertoare de semnal de tip adecvat(tipurile și scopul acestora pot fi determinate pe baza diferitelor criterii de clasificare) sunt utilizate pe scară largă în viața de zi cu zi. De exemplu, este comună includerea senzorilor de temperatură care conțin elemente de platină și cupru în compoziția lor:

- infrastructura de încălzire - pentru a măsura indicatorii temperaturii agentului de răcire în acele sau în alte zone ale echipamentelor, precum și într-o încăpere încălzită;

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

- fiare de călcat - de asemenea, pentru a asigura o temperatură optimă de călcare în cadrul unui anumit mod de funcționare;

- mașini de gătit electrice, precum și alte tipuri de echipamente pentru gătitul produselor alimentare - și pentru a asigura funcționarea lor în timp ce acționează aceste sau alte moduri de utilizare.

Convertizoare de rheostat

Un alt tip popular de dispozitiv rezistiv -convertoarele rheostatului. Principiul lor de funcționare se bazează pe măsurarea rezistenței electrice a unui conductor sub influența unei deplasări de intrare. În practică, acest traductor include elemente care sunt adaptate mișcării datorită impactului valorii măsurate. Cel mai adesea, dispozitivele în cauză sunt incluse în divizoarele de tensiune sau sunt utilizate ca parte a podurilor de măsurare.

Dacă vorbim despre meritele care caracterizează traductoarele reostatice, atunci acestea includ:

- nu au efecte reactive asupra componentelor mobile;

- eficiență ridicată;

- dimensiuni reduse, capacitatea de utilizare a infrastructurii, care funcționează atât pe curent cât și pe curent alternativ.

În același timp, traductoarele rezistive de tipul corespunzător nu sunt întotdeauna de încredere și, în multe cazuri, necesită costuri semnificative pentru întreprindere pentru menținerea funcționalității.