Пераўтваральнікі сігналаў: віды, прынцып працы і прызначэнне

У прамысловасці і ў побыце распаўсюджана прымяненне розных тыпаў пераўтваральнікаў сігналаў. Дадзеныя прылады могуць быць прадстаўлены ў самым шырокім спектры мадыфікацый, прыстасаваных да вырашэння задач у розных галінах гаспадаркі. Якія разнавіднасці пераўтваральнікаў сігналаў можна аднесці да самых распаўсюджаным? У чым могуць заключацца асаблівасці іх эксплуатацыі?

У чым заключаецца прызначэнне пераўтваральнікаў сігналаў?

Пераўтваральнікі сігналаў - прылады, якія сапраўды могуць быць прадстаўлены ў самым шырокім спектры рашэнняў. Дадзены тэрмін фактычна зборны і можа мець дачыненьне да абсталявання, які ўжываецца ў розных сегментах гаспадаркі і класіфікавальны па цалкам непадобных крытэрам. Асноўныя тыпы сігналаў, якія могуць пераўтвараць прылады, пра якія ідзе гаворка:

- электрычныя;

- гукавыя;

- тэмпературныя;

- тэхналагічнага характару.

У залежнасці ад задач, якія стаяць перад карыстальнікам пераўтваральніка сігналу, у структуры адпаведнага прылады могуць аб'ядноўвацца модулі, апрацоўваюць некалькі розных тыпаў дадзеных. Пераўтварэнне, такім чынам, можа ажыццяўляцца ў рамках аднаго тыпу сігналу (напрыклад, з аднаго частоты на іншую) альбо з'яўляцца механізмам, якія прадугледжваюць трансляцыю паміж рознымі катэгорыямі сігналаў. Напрыклад, электрычных ў гукавыя.

Да самых распаўсюджаным девайсам ставіцца пераўтваральнік аналагавых сігналаў ў лічбавыя (і наадварот, калі гэта прадугледжана структурай ўнутраных модуляў прылады). Разгледзім асаблівасці яго працы.

Аналога-лічбавы пераўтваральнік

Прылада, пра які ідзе гаворка, прызначана для пераўтварэння якога-небудзь аналагавага сігналу - напрыклад, прадстаўленага паказчыкамі напружання, у лічбавы выгляд (які дазваляе, да прыкладу, запісаць адпаведны сігнал у файл).

Адзін з асноўных крытэрыяў эфектыўнасці работы разгляданага апарата - разраднасць дадзеных на выхадзе. Яго велічыня вызначае ўзровень адносіны сігналу да шуму.

Яшчэ адзін значны параметр, які характарызуе якасць працы такога прылады, як аналагавы пераўтваральнік - хуткасць фарміравання выхаднога сігналу. У ліку тых прылад, якія забяспечваюць аптымальныя яе паказчыкі - тыя, што ставяцца да паралельны тыпу. У іх ажыццяўляецца фарміраванне вялікіх патокаў сігналаў з выкарыстаннем неабходнай колькасці высноў. Дадзеная асаблівасць функцыянавання апарата ў многіх выпадках прадвызначае выпуск адпаведных пераўтваральнікаў, якія характарызуюцца вялікімі габарытамі. Акрамя таго, аналагавыя пераўтваральнікі сігналаў могуць мець дастаткова высокі ўзровень энергаспажывання. Аднак, з улікам эфектыўнасці працы дадзеных прылад, адзначаныя іх асаблівасці часцяком не разглядаюцца як недахопы.

Пераўтварэнне сігналаў з аналагавых ў лічбавыя паралельнымі прыладамі ажыццяўляецца вельмі аператыўна. Забяспечыць яшчэ больш высокую хуткасць працы адпаведнага тыпу девайсов можна з дапамогай злучэння некалькіх прылад, дзякуючы чаму яны могуць апрацоўваць патокі сігналаў па чарзе.

Альтэрнатывай паралельным рашэнням могуць быць пераўтваральнікі сігналаў паслядоўнага тыпу. Яны, як правіла, менш прадукцыйныя, але больш энергаэфектыўныя. Іх ужыванне можа быць абумоўлена ў тых выпадках, калі стаіць пытанне аб забеспячэнні трансляцыі сігналаў у рамках інфраструктуры невялікай магутнасці, ці ж у тым выпадку, калі большай хуткасці пераўтварэнні, чым тая, што забяспечваецца паслядоўнымі дэвайсамі, не патрабуецца.

Можна адзначыць, што існуюць прылады змешанага тыпу, якія спалучаюць у сабе функцыі паслядоўных і паралельных пераўтваральнікаў. У многіх выпадках яны з'яўляюцца самымі аптымальнымі рашэннямі з пункту гледжання адпаведнасці крытэрам эканамічнасці і прадукцыйнасці.

Вышэй мы адзначылі, што аналягавай-лічбавыя пераўтваральнікі могуць ўключаць модулі, з дапамогай якіх ажыццяўляецца пераўтварэнне лічбавых сігналаў у аналагавыя. Ёсць і асобная катэгорыя прылад адпаведнага тыпу. Вывучым іх асаблівасці.

Лічба-аналагавыя пераўтваральнікі

У выпадку, калі ў распараджэнні карыстальніка знаходзіцца, да прыкладу, тэлевізар для аналагавага сігналу, то яго функцыянаванне будзе магчымым пры падключэнні адпаведнай антэны. Альбо пры ўмове трансфармавання зыходных сігналаў у аналагавыя, якія дадзены тэлевізар зможа распазнаваць. Іх крыніцай можа быць, у сваю чаргу, лічбавая антэна. Або, як варыянт, сігнал, які атрымліваецца праз інтэрнэт.

Разгляданая прылада, такім чынам, пераўтворыць сігнал, які змяшчае лічбавы код, у ток, напружанне ці ж зарад, які перадаецца на апрацоўку ў аналагавыя модулі. Канкрэтныя механізмы дадзенай трансфармацыі залежаць ад тыпу зыходных дадзеных. Напрыклад, калі гаворка ідзе пра гук, то на ўваходзе ён звычайна бывае прадстаўлены ў імпульсна-кодавай мадуляцыі. Калі зыходны файл сціснуты, то ў мэтах пераўтварэння сігналаў могуць прымяняцца спецыяльныя праграмныя кодэкі. У сваю чаргу, лічбавая антэна звычайна перадае сігнал на апрацоўку апаратнымі метадамі.

Прылады, у склад якіх уваходзяць разгляданыя пераўтваральнікі, могуць дапаўняцца модулямі рознага прызначэння. Напрыклад, пры забеспячэнні прайгравання тэлевізійнай трансляцыі можа прымяняцца ўзмацняльнік відэасігналу ў дадатак да тых модулях, што задзейнічаюцца пераўтваральнікам. Ён у многіх выпадках неабходны для таго, каб забяспечыць высокую якасць малюначка пры трансфармацыі аналагавага сігналу ў лічбавы. Таксама ўзмацняльнік відэасігналу ўжываецца, калі трэба ажыццявіць перадачу карцінкі на значную адлегласць.

Тэлебачанне - не адзіная сфера актыўнага прымянення прылад, пра якія ідзе гаворка. Адпаведныя пераўтваральнікі ўваходзяць, да прыкладу, у склад прайгравальнікаў CD-дыскаў, якія таксама трансфармуюць лічбавы сігнал у аналагавы.

ультрагукавыя пераўтваральнікі

Наступны распаўсюджаная катэгорыя девайсов - ультрагукавой пераўтваральнік. Можна адзначыць, што прадстаўлены ён можа быць прыладамі, якія маюць самы шырокі спектр ужыванняў, а таксама прынцыпаў працы. У ліку распаўсюджаных разнавіднасцяў ультрагукавых пераўтваральнікаў - погружной агрэгат, які прызначаны для перадачы ў ваду ці іншую вадкую сераду ультрагуку з пэўнай частатой. Дадзеная прылада можа прымяняцца, да прыкладу, у мэтах ажыццяўлення ачысткі розных аб'ектаў ад забруджванняў - у складзе ваннаў, якія выкарыстоўваюцца ў мэтах ультрагукавой ачысткі.

Ёсць і іншыя сферы ўжывання разгляданых прылад. Ультрагукавой пераўтваральнік можа прымяняцца ў мэтах кантролю цэласнасці тых ці іншых канструкцый, злучэнняў, праверкі тых ці іншых аб'ектаў на прадмет пашкоджанняў.

Лінейныя і імпульсныя пераўтваральнікі

Разглядаючы асаблівасці прымянення пераўтваральнікаў, будзе карысна звярнуць увагу на класіфікацыю, па якой яны падпадзяляюцца на лінейныя і імпульсныя. Па сутнасці, дадзеныя крытэры адлюстроўваюць два найважнейшых прынцыпу функцыянавання пераўтваральнікаў.

Тыя, што ставяцца да лінейным, могуць працаваць па прынцыпе аналагавай схематэхнікі, у рамках якога преобразуемая сігналы фармуюцца плыўнымі тэмпамі. Імпульсны пераўтваральнік прадугледжвае больш актыўны ўяўленне сігналаў як на выхадзе, так і пры ўнутранай іх апрацоўцы. Аднак у выпадку калі дадзеная аперацыя ажыццяўляецца толькі на ўнутраным этапе апрацоўкі сігналаў, якое адпавядае прылада можа фармаваць фактычна тыя ж паказчыкі, што і ў выпадку, калі задзейнічаецца лінейны пераўтваральнік. Такім чынам, паняцце лінейнай альбо імпульснай апрацоўкі можа разглядацца толькі ў кантэксце прынцыпу дзеяння ключавых апаратных кампанентаў девайса адпаведнага тыпу.

Імпульсныя пераўтваральнікі ў асноўным задзейнічаюцца ў тых выпадках, калі ў складзе выкарыстоўванай інфраструктуры мяркуецца апрацоўка сігналаў вялікай магутнасці. Гэта звязана з тым, што ККД адпаведных прылад у падобных выпадках значна вышэй, чым пры іх выкарыстанні ў мэтах апрацоўкі сігналаў меншай магутнасці. Яшчэ адзін фактар выбару дадзеных рашэнняў - задзейнічанне трансфарматарных ці ж кандэнсатарныя прылад у складзе выкарыстоўванай інфраструктуры, з якімі імпульсныя пераўтваральнікі маюць аптымальную сумяшчальнасць.

У сваю чаргу, лінейны пераўтваральнік - гэта прылада, якое ўжываецца ў рамках інфраструктуры, у якой ажыццяўляецца апрацоўка сігналаў невялікай магутнасці. Альбо калі ёсць неабходнасць знізіць перашкоды, якія ўтвараюцца з прычыны працы пераўтваральніка. Варта адзначыць, што ККД разгляданых рашэнняў у інфраструктуры вялікай магутнасці - не самы выбітны, таму дадзеныя прылады часцей за ўсё вылучаюць большы аб'ём цяпла, чым імпульсныя пераўтваральнікі. Акрамя таго, іх вага і габарыты таксама істотна больш.

Але, так ці інакш, на практыцы функцыянаванне пераўтваральніка па імпульсныя прынцыпе можа меркаваць фарміраванне яго перадаткавай функцыі ў лінейным выглядзе. Таму, перш чым ўкараняць адпаведныя пераўтваральнікі сігналаў у склад інфраструктуры, варта разгледзець іх ўнутраную структуру на прадмет прымяняецца схемы апрацоўкі сігналаў.

вымяральныя пераўтваральнікі

Яшчэ адна распаўсюджаная катэгорыя рашэнняў - вымяральныя пераўтваральнікі. У чым заключаюцца іх асаблівасці? Вымяральны пераўтваральнік - прылада, якое таксама можа быць прадстаўлена ў вялікай колькасці разнавіднасцяў. Аб'ядноўвае дадзеныя девайсы прыстасаванасць як да вымярэнні, так і да пераўтварэння тых ці іншых велічынь.

Агульнараспаўсюджаны можна лічыць схему функцыянавання вымяральных прылад адпаведнага тыпу, пры якой сігнал апрацоўваецца ў некалькі этапаў. Спачатку пераўтваральнік прымае яго, затым трансфармуе ў тую велічыню, якая можа быць вымераная, пасля - трансфармуе ў нейкую карысную энергію. Напрыклад, калі выкарыстоўваецца аналагавы вымяральны пераўтваральнік току, то ажыццяўляецца трансфармацыя электрычнай энергіі ў механічную.

Вядома, канкрэтныя механізмы прымянення адпаведных рашэнняў могуць быць прадстаўлены ў выключна шырокім дыяпазоне. Распаўсюджана выкарыстанне вымяральных пераўтварэнняў у навуковых мэтах як часткі інфраструктуры для правядзення досведаў, даследаванняў. Аб'ядноўвае большасць вымяральных пераўтваральнікаў іх прыстасаванасць, перш за ўсё, да працы з ужываннем нармаваных характарыстык пры апрацоўцы або трансфармацыі сігналу. Можна адзначыць, што дадзеныя характарыстыкі не заўсёды могуць быць прызначаныя для канчатковага карыстальніка пераўтваральніка. Іх задзейнічанне ў многіх выпадках ажыццяўляецца ў схаваным рэжыме. Чалавек, выкарыстоўваючы адпаведныя пераўтваральнікі сігналаў, атрымлівае толькі патрабаваны сігнал, прыстасаваны для прымянення ў тых ці іншых мэтах, на выхадзе.

Такім чынам, дадзеныя рашэнні, як правіла, не задзейнічаюцца як самастойныя тыпы інфраструктуры. Яны ўваходзяць у склад больш складаных прылад - напрыклад, сістэмы аўтаматызацыі вымярэнняў на вытворчасці. Вымяральныя пераўтваральнікі часцей за ўсё класіфікуюцца на 2 асноўныя групы - першасныя і прамежкавыя. Карысна будзе разгледзець спецыфіку тых і іншых.

Класіфікацыя вымяральных пераўтваральнікаў: першасныя і прамежкавыя рашэнні

Прылады, якія адносяцца да катэгорыі першасных, як правіла, ужываюцца як датчыкі. Гэта значыць ўяўляюць сабой пераўтваральнікі, на якія тая ці іншая якая вымяраецца велічыня дзейнічае непасрэдна. Астатнія девайсы ставяцца да катэгорыі прамежкавых. Яны размяшчаюцца ў вымяральнай інфраструктуры адразу пасля першых і могуць адказваць за вялікую колькасць аперацый, звязаных з пераўтварэннем. Якія канкрэтна апэрацыя можа выконваць пераўтваральнік ўзроўню сігналу адпаведнага тыпу? Да такіх прынята адносіць:

- вымярэнне фізічных паказчыкаў па тых ці іншых велічыням;

- розныя пераўтварэнні маштабу;

- трансфармацыя лічбавых сігналаў у аналагавыя і наадварот;

- функцыянальныя пераўтварэнні.

Адзначым, што падобную класіфікацыю можна лічыць умоўнай. Гэта звязана перш за ўсё з тым, што ў адным і тым жа інструменце вымярэнняў можа знаходзіцца некалькі першасных пераўтваральнікаў. Яшчэ адна прычына лічыць разгледжаную вышэй класіфікацыю ўмоўнай - у тым, што ў розных тыпах інфраструктуры вымярэння могуць ажыццяўляцца па непадобнымі прынцыпам.

Электронна-аптычныя пераўтваральнікі

Яшчэ адзін папулярны ў розных сферах гаспадаркі тып девайса - электронна-аптычны пераўтваральнік. Ён, як і іншыя тыпы прылад, разгледжаных намі вышэй, можа быць прадстаўлены ў шырокім спектры выкананняў. Аб'ядноўвае электронна-аптычныя пераўтваральнікі агульны прынцып працы: ён мяркуе ажыццяўленне пераўтварэнні нябачнага аб'екта - напрыклад, падсвятляе інфрачырвонымі, ультрафіялетавымі або, да прыкладу, рэнтгенаўскімі прамянямі, у бачны спектр.

Пры гэтым адпаведная аперацыя, як правіла, ажыццяўляецца ў 2 этапы. На першым нябачнае выпраменьванне прымаецца на фотокатод, пасля чаго яно трансфармуецца ў электронныя сігналы. Якія ўжо на другім этапе ператвараюцца ў бачную карцінку і выводзяцца на экран. У выпадку калі гэта кампутарны манітор, то сігнал можа быць папярэдне ператвораны ў лічбавы код.

Электронна-аптычныя пераўтваральнікі - рашэнні, якія традыцыйна класіфікуюцца на некалькі пакаленняў. Прылады, якія адносяцца да першага, маюць у сваім складзе шкляны вакуумную колбу. У ёй размяшчаюцца фотокатод і анод. Паміж імі фармуецца рознасць патэнцыялаў. Пры падачы на пераўтваральнік аптымальнага напружання ўнутры яго фармуецца электронная лінза, здольная факусаваць патокі электронаў.

У пераўтваральніках другога пакалення прысутнічаюць модулі паскарэння электронаў, з прычыны чаго ўзмацняецца яркасць малюнка. У прыладах трэцяга пакалення прымяняюцца матэрыялы, якія дазваляюць павялічыць адчувальнасць фотокатода як ключавога кампанента электронна-аптычнага пераўтваральніка больш чым у 3 разы.

Асаблівасці рэзістыўных пераўтваральнікаў

Яшчэ адзін распаўсюджаны тып девайсов - рэзістыўныя пераўтваральнікі. Разгледзім іх асаблівасці падрабязней.

Дадзеныя пераўтваральнікі прыстасаваныя да змены ўласнай электрычнага супраціву пры ўздзеянні той ці іншай вымяранай велічыні. Таксама яны могуць ажыццяўляць карэкціроўку вуглавога і лінейнага перамяшчэння. Часцей за ўсё дадзеныя пераўтваральнікі ўключаюцца ў сістэмы аўтаматызацыі з датчыкамі ціску, тэмпературы, ўзроўню асветленасці, вымярэння інтэнсіўнасці розных відаў выпраменьвання. Асноўныя перавагі рэзістыўных пераўтваральнікаў:

- надзейнасць;

- адсутнасць залежнасці паміж дакладнасцю праводзяцца вымярэнняў і стабільнасцю сілкавальнай напругі.

Існуе вялікая колькасць разнавіднасцяў адпаведных прылад. У ліку самых папулярных - датчыкі тэмпературы. Вывучым іх асаблівасці.

Рэзістыўныя датчыкі тэмпературы

Дадзеныя пераўтваральнікі сігналаў валодаюць кампанентамі, якія маюць адчувальнасць да зменаў навакольнага тэмпературы. У выпадку, калі яна павышаецца, то іх супраціў можа павялічвацца. Дадзеныя прылады характарызуюцца перш за ўсё вельмі высокай дакладнасцю. У шэрагу выпадкаў яны даюць магчымасць змяняць тэмпературу з дакладнасцю парадку 0.026 градуса Цэльсія. У складзе дадзеных прылад прысутнічаюць элементы, якія вырабляюцца з плаціны - у гэтым выпадку каэфіцыент супраціву будзе ніжэй, або медзі.

Прымяненне рэзістыўных датчыкаў характарызуецца побач нюансаў. Так, варта ўлічваць, што больш высокія паказчыкі току ўзрушанасці, які падаецца на датчык, павялічваюць яго тэмпературную адчувальнасць, але, разам з тым, разаграваюць элементы адпаведнага пераўтваральніка. Гэта ў многіх выпадках абумоўлівае зніжэнне яго дакладнасці. Таму рэкамендуецца забяспечваць аптымальныя паказчыкі току ўзрушанасці з улікам канкрэтных умоў правядзення вымярэнняў. У разлік могуць брацца, да прыкладу, цеплаправоднасць таго асяроддзя, у якой прымяняецца датчык - паветра або вады. Як правіла, рэкамендуемыя паказчыкі па токам ўзбуджэння ўсталёўваюцца фірмамі-вытворцамі датчыкаў адпаведнага тыпу. Пры гэтым яны могуць значна адрознівацца ў залежнасці ад металаў, ужытых у канструкцыі прылад. Акрамя таго, пры ўжыванні датчыкаў, пра якія ідзе гаворка, неабходна браць у разлік такі паказчык, як лімітавая велічыня па працоўным току. Звычайна яе таксама вызначае вытворца.

Рэзістыўныя датчыкі - у ліку самых распаўсюджаных у гаспадарцы тыпаў пераўтваральнікаў. Гэта шмат у чым абумоўлена значнымі тэхналагічнымі перавагамі многіх іх разнавіднасцяў. Напрыклад, калі казаць пра термисторах - такія характарызуюцца высокай адчувальнасцю, кампактнасцю, малым вагой. Адпаведнага тыпу датчыкі могуць прымяняцца ў мэтах вымярэння тэмпературы паветра ў розных умовах. Іх выраб часцей за ўсё не прадугледжвае значных выдаткаў. Праўда, ёсць у термисторов і недахопы - перш за ўсё, гэта высокая ступень нелінейнасці, з прычыны чаго прымяняцца яны могуць на практыцы ў досыць вузкіх дыяпазонах па тэмператур.

Адпаведнага тыпу пераўтваральнікі сігналаў (віды і прызначэнне іх могуць вызначацца на аснове розных крытэрыяў класіфікацыі) шырока прымяняюцца ў побыце. Напрыклад, распаўсюджана ўключэнне тэмпературных датчыкаў, якія змяшчаюць у сваім складзе плацінавыя і медныя элементы, у склад:

- ацяпляльнай інфраструктуры - у мэтах вымярэння паказчыкаў тэмпературы цепланосбіта на тых ці іншых участках абсталявання, а таксама ў ацяпляным памяшканні;

- пральных машын - у мэтах вымярэння тэмпературы вады і яе падладкі пад розныя праграмы мыцця;

- прасаў - аналагічна для забеспячэння аптымальнай тэмпературы прасавання ў рамках таго ці іншага рэжыму працы;

- электроплиток, а таксама іншых тыпаў абсталявання для гатавання ежы - таксама ў мэтах забеспячэння іх функцыянавання пры актывізацыі тых ці іншых карыстацкіх рэжымаў.

реостатного пераўтваральнікі

Яшчэ адзін папулярны тып рэзістыўных прылад - реостатного пераўтваральнікі. Іх прынцып працы заснаваны на вымярэнні электрычнага супраціву таго ці іншага правадыра пры уздзеянні уваходнага перамяшчэння. На практыцы дадзены пераўтваральнік ўключае ў сябе элементы, якія прыстасаваны да перамяшчэння па прычыне ўздзеяння вымяранай велічыні. Часцей за ўсё прылады, пра якія ідзе гаворка, ўключаюцца ў склад дзельнікаў напружання або ўжываюцца ў якасці складовага элемента вымяральных мастоў.

Калі казаць пра добрыя якасці, якія характарызуюць реостатного пераўтваральнікі, то да такіх можна аднесці:

- адсутнасць рэактыўнага ўздзеяння на рухомыя кампаненты;

- высокую эфектыўнасць;

- невялікія габарыты, магчымасць выкарыстання ў інфраструктуры, якая працуе як на пастаянным, так і на пераменным току.

У той жа час рэзістыўныя пераўтваральнікі адпаведнага тыпу не заўсёды надзейныя і ў многіх выпадках патрабуюць ад прадпрыемства выдаткаў значных рэсурсаў на падтрыманне функцыянальнасці.