Өнеркәсіпте және күнделікті өмірде сигнал түрлендіргіштердің әртүрлі түрлерін пайдалану жиі кездеседі. Бұл құрылғылар экономиканың әртүрлі салаларындағы мәселелерді шешуге бейімделген модификациялардың ең кең ауқымында ұсынылуы мүмкін. Сигнал түрлендіргіштердің қандай түрлерін ең көп тарағандарға жатқызуға болады? Олардың жұмыс істеу ерекшеліктері қандай болуы мүмкін?
Сигнал түрлендіргіштерінің мақсаты қандай?
Сигнал түрлендіргіштері шын мәнінде шешімдердің ең кең ауқымында ұсынылуы мүмкін құрылғылар. Бұл термин шын мәнінде ұжымдық болып табылады және экономиканың әртүрлі сегменттерінде қолданылатын және мүлде басқа критерийлер бойынша жіктелген жабдыққа қатысты болуы мүмкін. Қарастырылып отырған құрылғылар түрлендіре алатын сигналдардың негізгі түрлері:
- электрлік;
- дыбыс;
- температура;
- технологиялық сипатта.
Сигнал түрлендіргішінің пайдаланушысы алдында тұрған тапсырмаларға байланысты сәйкес құрылғының құрылымы деректердің бірнеше түрін өңдейтін модульдерді біріктіре алады. Сондықтан түрлендіру сигналдың бір түрінің шеңберінде жүзеге асырылуы мүмкін (мысалы, бір жиіліктен екіншісіне) немесе сигналдардың әртүрлі категориялары арасындағы трансляцияны қамтитын механизм болуы мүмкін. Мысалы, электрден дыбысқа.
Ең көп тараған құрылғыларға аналогтық сигналдарды цифрлық түрлендіргіш жатады (және керісінше, егер ол құрылғының ішкі модульдерінің құрылымында қарастырылса). Оның жұмысының ерекшеліктерін қарастырыңыз.
A/D түрлендіргіш
Қарастырылып отырған құрылғы кез келген аналогтық сигналды түрлендіруге арналған - мысалы, кернеу индикаторлары арқылы көрсетілген цифрлық түрге (мысалы, сәйкес сигналды файлға жазуға мүмкіндік береді).
Қарастырылып отырған құрылғының тиімділігінің негізгі критерийлерінің бірі - шығыс деректер сыйымдылығы. Оның мәні сигнал-шуыл қатынасын анықтайды.
Аналогтық түрлендіргіш сияқты құрылғының жұмыс сапасын сипаттайтын тағы бір маңызды параметр - шығыс сигналының қалыптасу жылдамдығы. Оның оңтайлы өнімділігін қамтамасыз ететін құрылғылардың қатарында параллель типті құрылғылар бар. Олар түйреуіштердің қажетті санын пайдаланып үлкен сигнал ағындарын құрайды. Құрылғының жұмыс істеуінің бұл ерекшелігі көп жағдайда үлкен өлшемдермен сипатталатын тиісті түрлендіргіштердің шығарылуын алдын ала анықтайды. Сонымен қатар, аналогтық сигнал түрлендіргіштері қуатты тұтынудың айтарлықтай жоғары деңгейіне ие болуы мүмкін. Дегенмен, тиімділігін ескере отырыпбұл құрылғылардың жұмысында олардың атап өтілген мүмкіндіктері жиі кемшіліктер ретінде қарастырылмайды.
Сигналдарды аналогтық құрылғылардан сандық параллель құрылғыларға түрлендіру өте жылдам. Сәйкес құрылғылар түрін бұдан да жоғары жылдамдықпен қамтамасыз ету үшін бірнеше құрылғыны қосуға болады, осылайша олар сигнал ағындарын кезекпен өңдей алады.
Параллель шешімдерге балама сериялық түрдегі сигнал түрлендіргіштері болуы мүмкін. Олар өнімділігі төмен, бірақ энергияны тиімдірек пайдаланады. Оларды пайдалану сыйымдылығы төмен инфрақұрылым шеңберінде сигналдардың берілуін қамтамасыз ету мәселесі туындаған жағдайларда немесе сериялық құрылғылармен қамтамасыз етілгеннен жоғары түрлендіру жылдамдығы талап етілмеген жағдайда шартталуы мүмкін.
Тізбекті және параллель түрлендіргіштердің функцияларын біріктіретін аралас типті құрылғылар бар екенін атап өтуге болады. Көптеген жағдайларда олар құны мен өнімділік критерийлеріне сәйкес келетін ең жақсы шешім болып табылады.
Жоғарыда біз аналогты-цифрлық түрлендіргіштер сандық сигналдарды аналогтыға түрлендіретін модульдерді қамтуы мүмкін екенін атап өттік. Сондай-ақ сәйкес типтегі құрылғылардың жеке санаты бар. Олардың мүмкіндіктерін зерттейік.
Сандық-аналогтық түрлендіргіштер
Егер пайдаланушыда, мысалы, аналогтық сигналға арналған теледидар болса, оныңсәйкес антенна қосылған кезде жұмыс істеу мүмкін болады. Немесе бастапқы сигналдарды осы теледидар тани алатын аналогтық сигналға түрлендіруге байланысты. Олардың көзі, өз кезегінде, сандық антенна болуы мүмкін. Немесе интернет арқылы алынған сигнал.
Осылайша, қарастырылып отырған құрылғы сандық коды бар сигналды өңдеу үшін аналогтық модульдерге берілетін токқа, кернеуге немесе зарядқа түрлендіреді. Бұл түрлендірудің нақты механизмдері бастапқы деректер түріне байланысты. Мысалы, егер дыбыс туралы айтатын болсақ, онда ол әдетте импульстік код модуляциясында көрсетіледі. Бастапқы файл қысылған болса, сигналдарды түрлендіру үшін арнайы бағдарламалық кодектерді пайдалануға болады. Өз кезегінде, сандық антенна әдетте аппараттық әдістермен өңдеуге сигнал жібереді.
Қарастырылып отырған түрлендіргіштерді қамтитын құрылғыларды әртүрлі мақсаттарға арналған модульдермен толықтыруға болады. Мысалы, теледидар хабарын ойнатуды қамтамасыз ету кезінде түрлендіргіш пайдаланатын модульдерге қосымша бейне сигнал күшейткішін пайдалануға болады. Көптеген жағдайларда аналогтық сигналды цифрлық сигналға түрлендіру кезінде суреттің жоғары сапасын қамтамасыз ету үшін қажет. Сондай-ақ, бейне сигнал күшейткіші суреттерді айтарлықтай қашықтыққа тасымалдау қажет болса пайдаланылады.
Теледидар қарастырылып отырған құрылғыларды белсенді қолданудың жалғыз саласы емес. Сәйкес түрлендіргіштер, мысалы, CD ойнатқыштарында,ол сонымен қатар сандық сигналды аналогқа түрлендіреді.
Ультрадыбыстық түрлендіргіштер
Құрылғылардың келесі жалпы санаты - ультрадыбыстық түрлендіргіш. Айта кету керек, оны қолданудың ең кең ауқымы бар құрылғылармен, сондай-ақ жұмыс принциптерімен ұсынуға болады. Ультрадыбыстық түрлендіргіштердің кең таралған сорттарының арасында ультрадыбысты суға немесе басқа сұйық ортаға белгілі бір жиілікте жіберуге арналған суасты қондырғысы бар. Бұл құрылғыны, мысалы, әртүрлі заттарды ластаушы заттардан тазарту үшін пайдалануға болады - ультрадыбыстық тазалауға арналған ванналардың бөлігі ретінде.
Қарастырылған құрылғыларды қолданудың басқа салалары бар. Ультрадыбыстық түрлендіргішті белгілі бір құрылымдардың, қосылымдардың тұтастығын бақылау, кейбір объектілердің зақымдалуын тексеру үшін пайдалануға болады.
Сызықтық және импульстік түрлендіргіштер
Түрлендіргіштерді пайдалану ерекшеліктерін ескере отырып, олардың сызықтық және импульстік болып бөлінетін классификациясына назар аудару пайдалы болады. Шындығында, бұл критерийлер түрлендіргіштердің жұмысының ең маңызды екі принципін көрсетеді.
Сызықтық болып табылатындар түрлендірілген сигналдар біркелкі қарқынмен құрылатын аналогтық схема принципі бойынша жұмыс істей алады. Импульстік түрлендіргіш сигналдарды шығыста да, оларды ішкі өңдеу кезінде де белсендірек көрсетуді болжайды. Алайда, егербұл операция сигналды өңдеудің ішкі сатысында ғана жүзеге асырылады, сәйкес құрылғы сызықтық түрлендіргіш пайдаланылған жағдайда іс жүзінде бірдей көрсеткіштерді жасай алады. Осылайша, сызықтық немесе импульстік өңдеу түсінігі сәйкес типтегі құрылғының негізгі аппараттық құрамдастарының жұмыс істеу принципі контекстінде ғана қарастырылуы мүмкін.
Импульстік түрлендіргіштер негізінен пайдаланылатын инфрақұрылым жоғары қуатты сигналдарды өңдеу үшін күтілетін жағдайларда қолданылады. Бұл мұндай жағдайларда сәйкес құрылғылардың тиімділігі төмен қуат сигналдарын өңдеу үшін пайдаланылғаннан әлдеқайда жоғары болатындығына байланысты. Бұл шешімдерді таңдаудың тағы бір факторы импульстік түрлендіргіштердің оңтайлы үйлесімділігі бар пайдаланылатын инфрақұрылымның бөлігі ретінде трансформатор немесе конденсатор құрылғыларын пайдалану болып табылады.
Өз кезегінде, сызықтық түрлендіргіш - бұл төмен қуатты сигналды өңдеу жүзеге асырылатын инфрақұрылым шеңберінде қолданылатын құрылғы. Немесе түрлендіргіштің жұмысына байланысты пайда болатын шуды азайту қажет болса. Айта кету керек, жоғары қуатты инфрақұрылымда қарастырылатын шешімдердің тиімділігі ең керемет емес, сондықтан бұл құрылғылар импульстік түрлендіргіштерге қарағанда жиі жылуды көп шығарады. Сонымен қатар, олардың салмағы мен өлшемдері де айтарлықтай үлкенірек.
Бірақ, іс жүзінде, түрлендіргіштің импульстік принцип бойынша жұмыс істеуі мүмкіноның беріліс функциясының сызықтық түрде қалыптасуы. Сондықтан инфрақұрылымға тиісті сигналды кондиционерлерді енгізбес бұрын қолданылатын сигналды өңдеу схемасы үшін олардың ішкі құрылымын қарастыру керек.
Өлшеу түрлендіргіштері
Ерітінділердің тағы бір кең таралған санаты - түрлендіргіштер. Олардың ерекшеліктері қандай? Өлшеу түрлендіргіші - бұл көптеген сорттарда ұсынылуы мүмкін құрылғы. Бұл құрылғыларды біріктіретін нәрсе - олардың белгілі бір шамаларды өлшеу және түрлендіру қабілеті.
Сигнал бірнеше кезеңде өңделетін сәйкес типті өлшеу құрылғыларының жұмыс схемасын қарастыру жиі кездеседі. Алдымен түрлендіргіш оны қабылдайды, содан кейін оны өлшеуге болатын мәнге айналдырады, содан кейін оны қандай да бір пайдалы энергияға айналдырады. Мысалы, егер аналогты өлшейтін ток түрлендіргіші пайдаланылса, онда электр энергиясы механикалық энергияға айналады.
Әрине, сәйкес шешімдерді қолданудың нақты механизмдері өте кең ауқымда ұсынылуы мүмкін. Өлшем түрлендірулерін эксперименттер мен зерттеулер жүргізуге арналған инфрақұрылымның бөлігі ретінде ғылыми мақсатта пайдалану кеңінен таралған. Өлшеу түрлендіргіштерінің көпшілігін біріктіретін нәрсе олардың ең алдымен сигналды өңдеу немесе түрлендіру кезінде нормаланған сипаттамаларды қолданумен жұмыс істеуге бейімділігі болып табылады. мүмкінБұл сипаттамалар әрқашан инвертордың соңғы пайдаланушысына арналмағанын ескеріңіз. Оларды белсендіру көп жағдайда жасырын режимде жүзеге асырылады. Тиісті сигнал түрлендіргіштерін пайдаланатын адам шығыста әртүрлі мақсаттарда пайдалануға бейімделген қажетті сигналды ғана алады.
Осылайша, бұл шешімдер, әдетте, инфрақұрылымның тәуелсіз түрлері ретінде пайдаланылмайды. Олар неғұрлым күрделі құрылғылардың бөлігі болып табылады - мысалы, өндірістегі өлшеуді автоматтандыру жүйелері. Өлшеу түрлендіргіштері көбінесе 2 негізгі топқа жіктеледі - бастапқы және аралық. Екеуінің де ерекшеліктерін қарастыру пайдалы болады.
Өлшеу түрлендіргіштерінің классификациясы: бастапқы және аралық шешімдер
Негізгі санатқа жататын құрылғылар, әдетте, сенсорлар ретінде пайдаланылады. Яғни, олар бір немесе басқа өлшенетін шама тікелей әрекет ететін түрлендіргіштер. Қалған құрылғылар аралық деп жіктеледі. Олар біріншілерден кейін бірден өлшеу инфрақұрылымына орналастырылады және трансформацияға байланысты операциялардың үлкен санына жауап бере алады. Сәйкес типтегі сигнал деңгейінің түрлендіргіші қандай нақты операцияларды орындауы мүмкін? Олар әдетте келесідей аталады:
- әртүрлі шамалар үшін физикалық көрсеткіштерді өлшеу;
- әртүрлі масштабты түрлендірулер;
- цифрлық сигналдарды аналогқа және керісінше түрлендіру;
- функционалдық түрлендірулер.
Ұқсас екенін ескеріңізклассификацияны шартты деп санауға болады. Бұл, ең алдымен, бір өлшеу құралында бірнеше бастапқы түрлендіргіштердің орналасуына байланысты. Жоғарыда қарастырылған классификацияны шартты деп санаудың тағы бір себебі инфрақұрылымның әртүрлі түрлерінде өлшемдерді бір-біріне ұқсамайтын принциптерге сәйкес жүргізуге болады.
Қарықтатқыш түтіктер
Экономиканың әртүрлі салаларында танымал құрылғының тағы бір түрі - кескін күшейткіш түтік. Ол, жоғарыда талқыланған құрылғылардың басқа түрлері сияқты, дизайнның кең ауқымында ұсынылуы мүмкін. Электронды-оптикалық түрлендіргіштер жалпы жұмыс принципімен біріктірілген: ол көрінбейтін объектіні - мысалы, инфрақызыл, ультракүлгін немесе, мысалы, рентген сәулелерімен жарықтандырылған, көрінетін спектрге түрлендіруді қамтиды.
Бұл жағдайда сәйкес операция, әдетте, 2 кезеңде жүзеге асырылады. Бірінші кезеңде көзге көрінбейтін сәулелену фотокатодпен қабылданады, содан кейін ол электронды сигналдарға айналады. Олар қазірдің өзінде екінші кезеңде көрінетін кескінге айналдырылып, экранда көрсетіледі. Егер бұл компьютер мониторы болса, сигналды алдын ала сандық кодқа түрлендіруге болады.
Қарықтатқыш түтіктер дәстүрлі түрде бірнеше ұрпаққа жіктелген шешімдер болып табылады. Біріншісіне қатысты құрылғыларға шыны вакуумдық колба жатады. Оның құрамында фотокатод пен анод бар. Олардың арасында потенциалдар айырмасы қалыптасады. Өтініш берген кездеОның ішіндегі оңтайлы кернеу түрлендіргіші электрон ағындарын фокустай алатын электрондық линзаны құрайды.
Екінші буын түрлендіргіштерінде электронды жеделдету модульдері бар, нәтижесінде кескін жарықтығы жақсарады. Үшінші буын құрылғыларында электронды-оптикалық түрлендіргіштің негізгі компоненті ретінде фотокатодтың сезімталдығын 3 еседен астам арттыруға мүмкіндік беретін материалдар пайдаланылады.
Резистивті түрлендіргіштердің ерекшеліктері
Құрылғының тағы бір кең тараған түрі - резистивті түрлендіргіштер. Олардың мүмкіндіктерін толығырақ қарастырыңыз.
Бұл түрлендіргіштер сол немесе басқа өлшенетін шаманың әсерінен өздерінің электр кедергісін өзгертуге бейімделген. Олар сондай-ақ бұрыштық және сызықтық қозғалысты түзете алады. Көбінесе бұл түрлендіргіштер қысымды, температураны, жарықтандыру деңгейін және әртүрлі сәулеленудің қарқындылығын өлшеуге арналған сенсорлары бар автоматтандыру жүйелеріне кіреді. Резистивті түрлендіргіштердің негізгі артықшылықтары:
- сенімділік;
- өлшемдердің дәлдігі мен қоректену кернеуінің тұрақтылығы арасында байланыс жоқ.
Қатысты құрылғылардың көптеген түрлері бар. Ең танымалдардың арасында температура сенсорлары бар. Олардың мүмкіндіктерін зерттейік.
Резистивті температура сенсорлары
Бұл сигнал түрлендіргіштерінің қоршаған орта температурасының өзгеруіне сезімтал компоненттері бар. Егер ол көтерілсе, онда олардың қарсылығы артуы мүмкін. Бұл құрылғылар ең алдымен өте жоғары дәлдікпен сипатталады. Кейбір жағдайларда олар температураны шамамен 0,026 градус Цельсий дәлдігімен өзгертуге мүмкіндік береді. Бұл құрылғыларда платинадан жасалған элементтер бар - бұл жағдайда қарсылық коэффициенті төменірек немесе мыс болады.
Резистивті сенсорларды пайдалану бірқатар нюанстармен сипатталады. Сонымен, сенсорға берілетін қозу тогының жоғары мәндері оның температуралық сезімталдығын арттыратынын, бірақ сонымен бірге сәйкес түрлендіргіштің элементтерін қыздыратынын ескеру қажет. Бұл көп жағдайда оның дәлдігінің төмендеуіне әкеледі. Сондықтан нақты өлшеу шарттарын ескере отырып, қоздыру тоғының оңтайлы өнімділігін қамтамасыз ету ұсынылады. Есептеу, мысалы, сенсор қолданылатын ортаның жылу өткізгіштігін қабылдауы мүмкін - ауа немесе су. Әдетте, қоздыру токтары үшін ұсынылған көрсеткіштерді тиісті типтегі сенсорларды өндірушілер белгілейді. Дегенмен, олар құрылғылардың дизайнында қолданылатын металдарға байланысты айтарлықтай өзгеруі мүмкін. Сонымен қатар, қарастырылып отырған сенсорларды пайдаланған кезде жұмыс тогы үшін шекті мән сияқты индикаторды ескеру қажет. Әдетте оны өндіруші де анықтайды.
Резистивті сенсорлар үйдегі түрлендіргіштердің ең көп таралған түрлерінің бірі болып табылады. Бұл көбінесе олардың көптеген сорттарының маңызды технологиялық артықшылықтарына байланысты. Мысалы, егертермисторлар туралы айту - олар жоғары сезімталдықпен, жинақылықпен, төмен салмақпен сипатталады. Әртүрлі жағдайларда ауа температурасын өлшеу үшін сәйкес датчиктер түрін пайдалануға болады. Олардың өндірісі көбінесе айтарлықтай шығындарды талап етпейді. Рас, термисторлардың да кемшіліктері бар - біріншіден, бұл сызықты еместіктің жоғары дәрежесі, нәтижесінде олар практикада айтарлықтай тар температура диапазонында қолданылуы мүмкін.
Сигнал түрлендіргіштерінің сәйкес түрі (олардың түрлері мен тағайындалуын әртүрлі жіктеу критерийлері негізінде анықтауға болады) күнделікті өмірде кеңінен қолданылады. Мысалы, құрамында платина және мыс элементтері бар температура сенсорларын қосу жиі кездеседі:
- жылыту инфрақұрылымы - жабдықтың белгілі бір бөліктеріндегі, сондай-ақ жылытылатын бөлмедегі салқындатқыштың температурасын өлшеу үшін;
- кір жуғыш машиналар - судың температурасын өлшеу және оны әртүрлі жуу бағдарламаларына реттеу үшін;
- үтіктер - белгілі бір жұмыс режимінде оңтайлы үтіктеу температурасын қамтамасыз ету үшін;
- электр плиталары, сондай-ақ тағам дайындауға арналған жабдықтың басқа түрлері - сонымен қатар белгілі бір пайдаланушы режимдері қосылған кезде олардың жұмыс істеуін қамтамасыз ету үшін.
Реостаттық түрлендіргіштер
Резистивті құрылғылардың тағы бір танымал түрі - реостатты түрлендіргіштер. Олардың жұмыс істеу принципі электр кедергісін өлшеуге негізделгенкіріс ығысуының әсерінен бір немесе басқа өткізгіштің. Іс жүзінде бұл түрлендіргішке өлшенетін шаманың әсерінен қозғалуға бейімделген элементтер кіреді. Көбінесе бұл құрылғылар кернеу бөлгіштеріне кіреді немесе өлшеу көпірлерінің ажырамас элементі ретінде пайдаланылады.
Егер реостат түрлендіргіштерін сипаттайтын артықшылықтар туралы айтатын болсақ, онда олар мыналарды қамтиды:
- қозғалатын компоненттерге реактивті әсер етпейді;
- жоғары тиімділік;
- шағын өлшемдер, тікелей және айнымалы токпен жұмыс істейтін инфрақұрылымда пайдалану мүмкіндігі.
Сонымен бірге сәйкес түрдегі резистивті түрлендіргіштер әрқашан сенімді бола бермейді және көп жағдайда функционалдылықты сақтау үшін кәсіпорыннан елеулі ресурстарды талап етеді.
