Signal pretvarači: vrste, princip rada i svrha

U industriji iu svakodnevnom životu, korištenje različitih tipova pretvarača signala je uobičajeno. Ovi uređaji mogu biti predstavljeni u najširim spektru modifikacija, prilagođenih rešavanju problema u različitim oblastima privrede. Koje vrste pretvarača signala mogu se pripisati najčešćim? Koje su karakteristike njihovog rada?

Koja je svrha pretvarača signala?

Pretvarači signala su uređaji koji se zaista mogu predstaviti u najširim spektru rešenja. Ovaj pojam je zapravo kolektivan i može se odnositi na opremu koja se koristi u različitim segmentima privrede i klasifikovana prema apsolutno drugačijim kriterijumima. Glavne vrste signala koji mogu pretvoriti uređaje u pitanju:

- električni;

- zvuk;

- temperatura;

- tehnološku prirodu.

U zavisnosti od zadataka sa kojima se suočava korisnik pretvarača signala, moduli koji obrađuju nekoliko različitih tipova podataka mogu se kombinovati u strukturi odgovarajućeg uređaja. Transformacija se, stoga, može izvršiti unutar istog tipa signala (na primjer, od jedne frekvencije do druge) ili biti mehanizam koji uključuje prevođenje između različitih kategorija signala. Na primer, električni u zvuku.

Najčešći uređaji uključuju pretvarač analognih signala u digitalni (i obrnuto, ako ga obezbeđuje struktura unutrašnjih modula uređaja). Hajde da razmotrimo karakteristike svog rada.

Analogno-digitalni pretvarač

Radi se o pretvaranju bilo kog analognog signala - na primer, indikatora napona u digitalnom obliku (omogućavajući, na primer, za snimanje odgovarajućeg signala u datoteku).

Jedan od glavnih kriterijuma efikasnosti uređaja u pitanju je bitna brzina podataka na izlazu. Njegova vrednost određuje nivo odnosa signala-šum.

Drugi važan parametar koji karakteriše kvalitet rada uređaja, kao što je analogni pretvarač, jeste brzina proizvodnje izlaznog signala. Među uređajima koji pružaju optimalne performanse su oni koji su paralelni. Oni generišu velike signalne tokove koristeći potreban broj pinova. Ova karakteristika uređaja u mnogim slučajevima predeterminira oslobađanje odgovarajućih pretvarača, koje karakterišu velike dimenzije. Pored toga, analogni pretvarači signala mogu imati prilično visok nivo potrošnje energije. Međutim, uzimajući u obzir efikasnost ovih uređaja, ove karakteristike često se ne smatraju manama.

Konverzija signala sa analognih na digitalne paralelne uređaje je vrlo brza. Obezbediti još brže performanse odgovarajućeg tipa uređaja može biti preko povezivanja više uređaja, tako da mogu obraditi tokove signala zauzvrat.

Alternative paralelnim rešenjima mogu biti pretvarači serijskog signala. Obično su manje produktivni, ali energetski efikasniji. Njihova primena može biti uslovljena u onim slučajevima kada se radi o obezbeđivanju prenosa signala u okviru infrastrukture sa niskom snagom ili u slučaju da nije potrebna veća brzina konverzije od one koju obezbeđuju uzastopni uređaji.

Može se primetiti da postoje uređaji mešovitog tipa koji kombinuju funkcije serijskih i paralelnih pretvarača. U mnogim slučajevima, oni su najoptimalnija rešenja u pogledu usaglašenosti sa kriterijumima ekonomije i produktivnosti.

Iznad smo primetili da analogno-digitalni pretvarači mogu uključivati module pomoću kojih se digitalni signali pretvaraju u analogne signale. Postoji i posebna kategorija uređaja odgovarajućeg tipa. Hajde da proučimo njihove osobine.

Digitalni analogni pretvarači

Ako korisnik ima, na primer, televizor za analogni signal, onda će njegov rad biti moguć pri povezivanju odgovarajuće antene. Ili ako se izvorni signali pretvaraju u analogne signale, koje TV može prepoznati. Njihov izvor je, pak, digitalna antena. Ili, kao opcija, signal koji se primi preko Interneta.

U pitanju je ureaj koji konvertuje signal koji sadrži digitalni kod u struju, napon ili punjenje koji se prenosi za obradu na analogne module. Specifični mehanizmi ove transformacije zavise od vrste ulaznih podataka. Na primjer, ako govorimo o zvuku, onda je na ulazu obično predstavljen u modulaciji impulsnog koda. Ako je izvorna datoteka kompresovana, mogu se koristiti specijalni softverski kodeci za pretvaranje signala. Zauzvrat, digitalna antena obično prenosi signal za obradu pomoću hardverskih metoda.

Uređaji koji uključuju razmatrane pretvarače mogu se dopunjavati modulima za različite namene. Na primjer, prilikom pružanja televizijskog prenosa, uz pomoć modula koje koristi pretvarač mogu se koristiti i pojačalo video signala. U mnogim slučajevima je neophodno da se obezbedi visokokvalitetna slika kada se analogni signal pretvori u digitalni. Takođe, pojačalo video signala se koristi ako želite preneti sliku na znatnoj udaljenosti.

Televizija nije jedina sfera aktivne upotrebe uređaja u pitanju. Odgovarajući pretvarači su uključeni, na primer, u sastav CD playera koji takođe pretvaraju digitalni signal u analogni.

Ultrazvučni pretvarači

Sledeća zajednička kategorija uređaja je ultrazvučni pretvarač. Može se primetiti da se može predstavljati uređajima koji imaju najširi spektar aplikacija, kao i principe rada. Među uobičajenim varijantama ultrazvučnih pretvarača je podvodna jedinica koja je dizajnirana da se prenosi u vodu ili drugi tečnost putem ultrazvuka sa određenom frekvencijom. Ovaj uređaj se može koristiti, na primjer, za prečišćavanje različitih predmeta od zagađenja - u kupatilima koji se koriste za ultrazvučno čišćenje.

Postoje i druge oblasti primene uređaja u pitanju. Ultrazvučni pretvarač se može koristiti za praćenje integriteta određenih struktura, povezivanja i određenih objekata za oštećenja.

Linearni i impulsni pretvarači

S obzirom na specifičnosti korišćenja konvertora, bilo bi korisno obratiti pažnju na klasifikaciju kojom su podeljeni u linearnu i impulsnu. U stvari, ovi kriterijumi odražavaju dva najvažnija načela rada pretvarača.

Oni koji su linearni, mogu raditi na principu analognog kola, u kojem se pretvoreni signali formiraju glatkom tempom. Pretvarač impulsa pretpostavlja aktivniju predstavu signala i na izlazu i na njihovoj internoj obradi. Međutim, ako se ova operacija vrši samo u unutrašnjoj fazi obrade signala, odgovarajući uređaj može formirati iste parametre kao u slučaju kada je u pitanju linearni pretvarač. Prema tome, koncept linearne ili impulsne obrade može se razmatrati samo u kontekstu principa rada ključnih hardverskih komponenata uređaja odgovarajućeg tipa.

Pulsni pretvarači se uglavnom koriste u slučajevima kada struktura korišćene infrastrukture uključuje procesiranje signala visokih snage. Ovo je zbog činjenice da je efikasnost odgovarajućih uređaja u takvim slučajevima mnogo veća nego kada ih koristite za obradu signala manje snage. Drugi faktor u izboru ovih rješenja je korištenje transformatorskih ili kondenzatorskih uređaja u strukturi korištene infrastrukture, s kojom impulsni pretvarači imaju optimalnu kompatibilnost.

Zauzvrat, linijski pretvarač je uređaj koji se koristi unutar infrastrukture u kojoj se obrađuju signali niske snage. Ili ako postoji potreba da se smanje smetnje izazvane radom pretvarača. Vrijedno je napomenuti da efikasnost rješenja koja se razmatraju u infrastrukturi velike snage nije najizraženija, stoga ti uređaji najčešće izdvajaju veću količinu toplote od impulznih pretvarača. Osim toga, njihova težina i dimenzije su takođe znatno veći.

Ali, na ovaj ili onaj način, u praksi, funkcionisanje pretvarača po principu impulsa može pretpostaviti formiranje njegove prenosne funkcije u linearnom obliku. Stoga, pre nego što primenite odgovarajuće pretvarače signala u infrastrukturu, trebalo bi da uzmete u obzir njihovu unutrašnju strukturu za primenjenu šemu obrade signala.

Merni pretvarači

Još jedna zajednička kategorija rješenja je merenje pretvarača. Koje su njihove osobine? Mjerni pretvarač je uređaj koji se takođe može predstaviti u velikom broju varijeteta. Kombinira ove uređaje sa mogućnošću merenja i merenja i transformacije određenih količina.

Šema funkcionisanja mernih uređaja odgovarajućeg tipa može se smatrati široko upotrebljivom, u kojoj se signal obrađuje u nekoliko faza. Prvo ga pretvarač prima, a zatim ga pretvara u vrednost koja se može mjeriti, nakon - pretvara u neku korisnu energiju. Na primer, ako se koristi analogni strujni pretvarač, onda se električna energija pretvara u mehaničku.

Naravno, specifični mehanizmi za primjenu relevantnih rješenja mogu se predstaviti u izuzetno širokom opsegu. Uobičajeno je korištenje mjernih transformacija u naučne svrhe kao dio infrastrukture za obavljanje eksperimenata i istraživanja. Kombinira većinu mjernih pretvarača s njihovom prilagodljivošću, prvenstveno radi sa primjenom normalizovanih karakteristika pri obradi ili transformaciji signala. Može se primetiti da ove karakteristike nisu uvek namenjene krajnjem korisniku pretvarača. Njihovo učešće u mnogim slučajevima vrši se na tajnom načinu. Čovek, koristeći odgovarajuće pretvarače signala, prima samo željeni signal, prilagođen za upotrebu u različite svrhe, na izlazu.

Prema tome, ova rješenja se, po pravilu, ne koriste kao nezavisne vrste infrastrukture. Oni su deo složenijih uređaja - na primjer, sistem za automatizaciju proizvodnih mjerenja. Merni pretvarači se najčešće klasifikuju u 2 glavne grupe - primarni i srednji. Biće korisno razmotriti specifičnosti oba.

Klasifikacija mjernih pretvarača: primarna i srednja rješenja

Uređaji koji pripadaju primarnoj kategoriji uglavnom se koriste kao senzori. To jest, to su pretvarači kojima određena izmerena količina deluje direktno. Ostali uređaji spadaju u srednju kategoriju. Oni se smeštaju u mernu infrastrukturu odmah nakon prvih i mogu biti odgovorni za veliki broj operacija vezanih za transformaciju. Koje specifične operacije mogu učiniti pretvarač signala odgovarajućeg tipa? Za one uobičajeno je da uključe:

- merenje fizičkih indikatora za različite vrednosti;

- Konverzije raznih razmera;

- transformacija digitalnih signala u analogne signale i obrnuto;

Funkcionalne transformacije.

Imajte na umu da se ova klasifikacija može smatrati uslovnom. Ovo je prvenstveno zbog činjenice da se nekoliko primarnih pretvarača može nalaziti u istom merilnom instrumentu. Drugi razlog za razmatranje gornje klasifikacije uslovnog - je to što u različitim vrstama infrastrukture mjerenja mogu biti izvedena prema različitim principima.

Elektronski optički pretvarači

Drugi tip uređaja popularan u različitim sferama privrede je elektronsko-optički pretvarač. Kao i druge vrste uređaja o kojima se govori gore, može se predstaviti u širokom spektru dizajna. Uobičajeni princip rada povezuje elektronsko-optičke pretvarače: uključuje konverziju nevidljivog predmeta - na primer, osvjetljen infracrvenim, ultraljubičastim ili, na primer, rendgenskim zrakom, u vidljivi spektar.

Odgovarajuća operacija se, po pravilu, odvija u 2 faze. Na prvom se na fotokatode primi nevidljivo zračenje, nakon čega se transformiše u elektronske signale. Što se već u drugoj fazi pretvara u vidljivu sliku i prikazuje se na ekranu. U slučaju da je ovo računarski monitor, signal se pretvara u digitalni kod.

Elektronsko-optički pretvarači su rešenja koja su tradicionalno klasifikovana nekoliko generacija. Uređaji koji se odnose na prvu imaju staklenu vakuumu. U njemu se nalaze fotokatode i anode. Između njih se stvara potencijalna razlika. Kada se na pretvarač primenjuje optimalni napon, elektronski objektiv se formira unutar pretvarača koji može fokusirati elektronske fluksove.

U pretvaračima druge generacije prisutni su moduli za ubrzavanje elektrona, čime se povećava osvetljenost slike. U uređajima treće generacije koriste se materijali koji povećavaju osetljivost fotokatode kao ključnu komponentu elektronsko-optičkog pretvarača više od 3 puta.

Karakteristike otpornih pretvarača

Još jedan uobičajeni tip uređaja - otporni konvertori. Da razmotrimo njihove karakteristike detaljnije.

Ovi pretvarači su prilagođeni da menjaju sopstveni električni otpor kada su izloženi određenoj mjernoj vrijednosti. Takođe mogu podesiti ugaono i linearno pomeranje. Najčešće su ovi pretvarači uključeni u sisteme automatizacije senzora nivoa pritiska, temperature, osvetljenja, mjerenja intenziteta različitih vrsta zračenja. Glavne prednosti rezistivnih pretvarača su:

- pouzdanost;

- odsustvo veze između tačnosti mjerenja i stabilnosti naponskog napona.

Postoji veliki broj varijacija odgovarajućih uređaja. Među najpopularnijim su senzori temperature. Hajde da proučimo njihove osobine.

Otporni senzori temperature

Ovi pretvarači signala imaju komponente koje su osetljive na promene temperature okoline. Ako se uzdi, onda se njihov otpor može povećati. Ovi uređaji prvenstveno karakterišu veoma visoka tačnost. U velikom broju slučajeva, oni omogućavaju promjenu temperature sa tačnošću od 0,026 stepeni Celzijusa. Kao deo ovih uređaja postoje elementi od platine - u ovom slučaju koeficijent otpornosti će biti niži ili bakar.

Primjena otporni senzora karakterizira nekoliko nijansi. Prema tome, treba imati na umu da je veći Struja pobude indikatori su hranili senzor, povećavajući svoju osjetljivost temperature, ali u isto vrijeme, zagrijati odgovarajuće elemente pretvarač. U mnogim slučajevima to dovodi do smanjenja u njegovu preciznost. Stoga se preporučuje da se osigura optimalan učinak Struja pobude specifičnim uvjetima mjerenja. Obračun se može uzeti, na primjer, toplinska vodljivost medija u kojem se primjenjuju senzor - zrak ili vodu. Obično, preporučeni parametri za uzbude struje su postavljene od strane proizvođača odgovarajućeg senzora. Na taj način oni mogu znatno varirati ovisno o metal primjenjuje u strukturi uređaja. Osim toga, kada se koristi senzore u pitanju, potrebno je uzeti u obzir, kao parametar kao granična vrijednost radna struja. Obično, ona također identificira proizvođača.

Senzorima - među najčešće vrste pretvarača u privredi. To je uglavnom zbog značajnih tehnoloških prednosti mnoge vrste od njih. Na primjer, ako govorimo o Termistori - one odlikuje visoka osjetljivost, kompaktnost, mala težina. tip odgovarajući senzori mogu se koristiti za mjerenje temperature u različitim uvjetima. Njihova proizvodnja često ne uključuje značajne troškove. Međutim, termistori imaju nedostatke - u prvom redu to je visok stupanj nelinearnosti, tako da se mogu primijeniti u praksi u prilično uskom rasponu temperatura.

Odgovarajući tip konverteri signala (vrste i njihova svrha može se zasnivati na različitim kriterijima za klasifikaciju) su naširoko koristi u svakodnevnom životu. Na primjer, uključivanje distribuiranih temperaturnih senzora, koji se sastoji u njegovoj strukturi komponente platine i bakra u sastavu:

- grijanje infrastruktura - za mjerenje indikatora temperature rashladnog sredstva po raznim dijelovima opreme, kao i žestoke sobi;

- mašine za pranje rublja - kako bi se mjerenje temperature vode i njegovo prilagođavanje različitih programa za pranje;

- Iron - slično za optimalnu temperaturu peglanja u određenom režimu;

- electrotiles, kao i druge vrste opreme za pripremu hrane - kako bi se osigurao njihov rad nakon aktivacije određenim režimima korisnika.

Reostat konverteri

Još jedna popularna vrsta otpornih uređaja - pretvarači otpora. Njihov princip rada zasniva se na mjerenje električne otpornosti provodnika pod uticajem raseljavanja ulaza. U praksi, ovaj pretvarač sadrži elemente koji su prilagođeni raseljavanje zbog uticaja merene. Najčešće, uređaj u pitanju biti uključeni u naponu pregrade ili koristi kao komponenta mjernog mosta.

Ako govorimo o vrlinama koje karakterišu reostatom pretvarača, onda, oni uključuju:

- odsustvo reaktivni efekat na pokretnim komponenti;

- visoka efikasnost;

- male veličine, korištenje infrastrukture, radi kao konstanta, tako i naizmjenična struja.

U isto vrijeme buntovna pretvarača odgovarajuće vrste nije uvijek pouzdano iu mnogim slučajevima zahtijevaju kompanija značajna sredstva za održavanje funkcionalnosti.