Jelátalakítók: típusok, működési elv és rendeltetés

Tartalomjegyzék:

Jelátalakítók: típusok, működési elv és rendeltetés
Jelátalakítók: típusok, működési elv és rendeltetés
Anonim

Az iparban és a mindennapi életben elterjedt a különféle típusú jelátalakítók használata. Ezek az eszközök a legszélesebb körű módosításban bemutathatók a gazdaság különböző területein felmerülő problémák megoldására. Milyen típusú jelátalakítók tulajdoníthatók a legelterjedtebbeknek? Mik lehetnek a működésük jellemzői?

Jelátalakítók
Jelátalakítók

Mire szolgálnak a jelátalakítók?

A jelátalakítók olyan eszközök, amelyek valóban a megoldások legszélesebb skálájában bemutathatók. Ez a kifejezés valójában gyűjtőfogalom, és a gazdaság különböző szegmenseiben használt és teljesen eltérő kritériumok szerint osztályozott berendezésekre utalhat. A szóban forgó eszközök által átalakítható jelek fő típusai a következők:

- elektromos;

- hang;

- hőmérséklet;

- technológiai természet.

Attól függően, hogy a jelátalakító felhasználója milyen feladatokkal néz szembe, a megfelelő eszköz szerkezete kombinálhat több különböző típusú adatot feldolgozó modulokat. Az átalakítás tehát végrehajtható egy jeltípus keretein belül (például egyik frekvenciáról a másikra), vagy olyan mechanizmus lehet, amely a jelek különböző kategóriái közötti transzlációt foglal magában. Például elektromos hangra.

A leggyakoribb eszközök közé tartozik az analóg jelek digitálisra konvertálója (és fordítva, ha az eszköz belső moduljainak felépítése ezt lehetővé teszi). Fontolja meg munkája jellemzőit.

A/D konverter

A szóban forgó eszközt arra tervezték, hogy bármilyen analóg jelet – például feszültségjelzőkkel ábrázolva – digitális formába alakítson (lehetővé téve például a megfelelő jel fájlba írását).

A vizsgált eszköz hatékonyságának egyik fő kritériuma a kimeneti adatkapacitás. Ennek értéke határozza meg a jel/zaj arányt.

Egy másik fontos paraméter, amely egy ilyen eszköz analóg konverterként való működésének minőségét jellemzi, a kimeneti jelképződés sebessége. Az optimális teljesítményt biztosító készülékek közé tartoznak a párhuzamos típusúak. A szükséges számú érintkező segítségével nagy jelfolyamokat képeznek. Az eszköz működésének ez a jellemzője sok esetben előre meghatározza a megfelelő konverterek kiadását, amelyeket nagy méretek jellemeznek. Ezenkívül az analóg jelátalakítók meglehetősen magas energiafogyasztással rendelkezhetnek. Tekintettel azonban a hatékonyságraezeknek az eszközöknek a működése, a feljegyzett jellemzőik gyakran nem minősülnek hiányosságnak.

A jelek átalakítása analógról digitális párhuzamos eszközre nagyon gyors. Annak érdekében, hogy a megfelelő típusú eszközök számára még nagyobb sebességet biztosítson, több eszközt is csatlakoztathat, hogy azok felváltva tudják feldolgozni a jelfolyamokat.

A párhuzamos megoldások alternatívája lehet a soros jelátalakító. Általában kevésbé termelékenyek, de energiahatékonyabbak. Használatuk feltétele lehet olyan esetekben, amikor kérdéses a jelek átvitelének biztosítása kis kapacitású infrastruktúrán belül, vagy ha nincs szükség a soros eszközök által biztosítottnál magasabb konverziós rátára.

Megjegyezhető, hogy vannak vegyes típusú eszközök, amelyek kombinálják a soros és párhuzamos konverterek funkcióit. Sok esetben ezek jelentik a legjobb megoldást a költség- és teljesítménykritériumok teljesítése szempontjából.

Fentebb megjegyeztük, hogy az analóg-digitális átalakítók tartalmazhatnak olyan modulokat, amelyek digitális jeleket analógokká alakítanak át. A megfelelő típusú eszközöknek külön kategóriája is van. Vizsgáljuk meg tulajdonságaikat.

digitális antenna
digitális antenna

Digitális-analóg konverterek

Ha a felhasználónak van például TV-je analóg jelhez, akkor az övémegfelelő antenna csatlakoztatása esetén lehetséges a működés. Vagy függ az eredeti jelek analógká történő átalakításától, amelyet ez a TV képes felismerni. A forrásuk viszont lehet egy digitális antenna. Vagy egy interneten keresztül vett jel.

A szóban forgó eszköz tehát a digitális kódot tartalmazó jelet árammá, feszültséggé vagy töltetté alakítja, amelyet feldolgozás céljából analóg modulokhoz továbbít. Ennek az átalakításnak a konkrét mechanizmusai a kezdeti adatok típusától függenek. Például, ha hangról beszélünk, akkor a bemeneten általában impulzuskód modulációban jelenik meg. Ha a forrásfájl tömörített, akkor speciális szoftver kodekek használhatók a jelek konvertálására. A digitális antenna viszont általában hardveres módszerekkel továbbítja a jelet feldolgozás céljából.

A szóban forgó átalakítókat tartalmazó készülékek különféle célú modulokkal egészíthetők ki. Például egy televíziós adás lejátszásakor a konverter által használt modulok mellett videojel-erősítő is használható. Sok esetben ez szükséges a kiváló képminőség biztosítása érdekében az analóg jel digitálissá alakításakor. Ezenkívül videojel-erősítőt használnak, ha a képeket jelentős távolságra kell átvinni.

A televízió nem az egyetlen területe a szóban forgó eszközök aktív alkalmazásának. A megfelelő konverterek megtalálhatók például a CD-lejátszókban,amelyek a digitális jelet is analóggá alakítják.

Ultrahangos jelátalakítók

Az eszközök következő általános kategóriája az ultrahangos jelátalakító. Megjegyzendő, hogy a legszélesebb körű alkalmazási körrel rendelkező eszközökkel, valamint működési elvekkel reprezentálható. Az ultrahangos jelátalakítók gyakori változatai közé tartozik a merülő egység, amelyet arra terveztek, hogy az ultrahangot meghatározott frekvencián továbbítsa vízbe vagy más folyékony közegbe. Ezzel az eszközzel például különféle tárgyakat lehet megtisztítani a szennyeződésektől – az ultrahangos tisztításhoz használt fürdők részeként.

A szóban forgó eszközök egyéb alkalmazási területei is vannak. Ultrahangos jelátalakítóval ellenőrizhető bizonyos szerkezetek, csatlakozások integritása, ellenőrizhető bizonyos tárgyak sérülése.

Ultrahangos jelátalakító
Ultrahangos jelátalakító

Lineáris és impulzus átalakítók

Figyelembe véve a konverterek használatának jellemzőit, hasznos lesz odafigyelni arra az osztályozásra, amely szerint lineárisra és impulzusra osztják őket. Valójában ezek a kritériumok a konverterek működésének két legfontosabb elvét tükrözik.

A lineárisak az analóg áramkörök elvén működhetnek, amelyben az átalakított jelek egyenletes ütemben jönnek létre. Az impulzusátalakító a jelek aktívabb megjelenítését feltételezi mind a kimeneten, mind a belső feldolgozás során. Abban az esetben azonban, haezt a műveletet csak a jelfeldolgozás belső szakaszában hajtják végre, a megfelelő eszköz gyakorlatilag ugyanazokat a mutatókat tudja előállítani, mint a lineáris konverter használata esetén. Így a lineáris vagy impulzusos feldolgozás fogalma csak a megfelelő típusú eszköz kulcsfontosságú hardverelemeinek működési elvével összefüggésben jöhet szóba.

Az impulzusátalakítókat főként olyan esetekben használják, amikor a használt infrastruktúra várhatóan nagy teljesítményű jeleket dolgoz fel. Ez annak köszönhető, hogy a megfelelő eszközök hatásfoka ilyen esetekben sokkal magasabb, mint amikor kisebb teljesítményű jelek feldolgozására használják őket. Ezen megoldások kiválasztásának másik szempontja a transzformátor vagy kondenzátor eszközök használata az infrastruktúra részeként, amelyekkel az impulzusátalakítók optimálisan kompatibilisek.

A lineáris konverter viszont olyan eszköz, amelyet olyan infrastruktúra keretein belül használnak, amelyben kis teljesítményű jelfeldolgozást hajtanak végre. Vagy ha szükség van az átalakító működése miatt keletkező zaj csökkentésére. Érdemes megjegyezni, hogy a vizsgált megoldások hatékonysága egy nagy teljesítményű infrastruktúrában nem a legkiemelkedőbb, ezért ezek a készülékek legtöbbször nagyobb hőmennyiséget bocsátanak ki, mint az impulzusátalakítók. Ráadásul a súlyuk és a méreteik is lényegesen nagyobbak.

De így vagy úgy, a gyakorlatban az átalakító impulzuselv szerinti működése magában foglalhatjaátviteli függvényének kialakulása lineáris formában. Ezért, mielőtt a megfelelő jelkondicionálókat beépítené az infrastruktúrába, mérlegelni kell azok belső szerkezetét az alkalmazott jelfeldolgozási séma szempontjából.

Automatizálási rendszerek
Automatizálási rendszerek

Mérőátalakítók

A megoldások másik gyakori kategóriája a jelátalakítók. Mik a jellemzőik? A mérőátalakító egy olyan eszköz, amely szintén számos változatban bemutatható. Ami ezeket az eszközöket egyesíti, az az, hogy képesek bizonyos mennyiségeket mérni és átalakítani.

Szokásos figyelembe venni a megfelelő típusú mérőeszközök működési sémáját, amelyben a jel feldolgozása több lépcsőben történik. Először az átalakító fogadja, majd mérhető értékké alakítja, majd valamilyen hasznos energiává alakítja át. Például, ha analóg mérőáram-átalakítót használunk, akkor az elektromos energia mechanikai energiává alakul.

Természetesen rendkívül széles körben bemutathatók a megfelelő megoldások alkalmazásának konkrét mechanizmusai. Elterjedt a mérési transzformációk tudományos célú alkalmazása a kísérletek és kutatások végzésére szolgáló infrastruktúra részeként. Ami a legtöbb mérőátalakítót egyesíti, az az alkalmazkodóképességük, mindenekelőtt a normalizált karakterisztika felhasználásával jelfeldolgozás vagy jel átalakítása során. TudVegye figyelembe, hogy ezek a specifikációk nem mindig az inverter végfelhasználóira vonatkoznak. Aktiválásuk sok esetben rejtett módban történik. A megfelelő jelátalakítókat használó személy a kimeneten csak a különböző célokra alkalmas, szükséges jelet kapja.

Így ezeket a megoldásokat általában nem használják független típusú infrastruktúraként. Összetettebb eszközök részét képezik – például a gyártás során használt mérési automatizálási rendszerekben. A mérőátalakítókat leggyakrabban 2 fő csoportba sorolják - elsődleges és köztes. Hasznos lesz figyelembe venni mindkettő sajátosságait.

Mérőátalakítók osztályozása: elsődleges és köztes megoldások

Az elsődleges kategóriába tartozó eszközöket általában érzékelőként használják. Vagyis olyan konverterek, amelyekre egyik vagy másik mért érték közvetlenül hat. A többi készülék köztesnek minősül. Közvetlenül az elsők után kerülnek a mérési infrastruktúrába, és nagyszámú, az átalakításhoz kapcsolódó műveletért felelhetnek. Milyen konkrét műveleteket tud végrehajtani a megfelelő típusú jelszint-átalakító? Ezekre általában a következőképpen hivatkoznak:

- fizikai mutatók mérése különböző mennyiségekhez;

- különböző skálatranszformációk;

- digitális jelek átalakítása analóggá és fordítva;

- funkcionális átalakítások.

Ne feledje, hogy egy hasonlóbesorolása feltételesnek tekinthető. Ez elsősorban annak köszönhető, hogy ugyanabban a mérőműszerben több elsődleges jelátalakító is elhelyezhető. A másik ok arra, hogy a fent tárgy alt besorolást feltételhez tegyük, az az, hogy a különböző típusú infrastruktúrákban a mérések eltérő elvek szerint végezhetők.

Jelszint átalakító
Jelszint átalakító

Intenzifier csövek

A gazdaság különböző ágazataiban népszerű eszköz egy másik típusa a képerősítő cső. A fentebb tárgy alt egyéb típusú eszközökhöz hasonlóan sokféle kivitelben bemutatható. Az elektron-optikai konvertereket egy közös működési elv egyesíti: egy láthatatlan objektumot – például infravörös, ultraibolya vagy például röntgensugárzással megvilágított – látható spektrummá alakítanak át.

Ebben az esetben a megfelelő műveletet általában 2 lépésben hajtják végre. Az első szakaszban a láthatatlan sugárzást fotokatód fogadja, majd elektronikus jelekké alakítja. Amelyek már a második szakaszban látható képpé konvertálva jelennek meg a képernyőn. Ha számítógép-monitorról van szó, akkor a jelet előre át lehet alakítani digitális kóddá.

Az erősítő csövek hagyományosan több generációba sorolt megoldások. Az elsőhöz kapcsolódó eszközök közé tartozik egy üveg vákuumlombik. Tartalmaz egy fotokatódot és egy anódot. Potenciálkülönbség alakul ki közöttük. jelentkezéskorA benne található optimális feszültség-átalakító egy elektronikus lencsét képez, amely képes az elektronáramlás fókuszálására.

képerősítő cső
képerősítő cső

A második generációs jelátalakítók elektrongyorsító modullal rendelkeznek, ami fokozott képfényerőt eredményez. A harmadik generációs eszközök olyan anyagokat használnak, amelyek lehetővé teszik a fotokatód, mint az elektron-optikai konverter kulcsfontosságú elemének érzékenységét több mint háromszorosára növelik.

Az ellenállásos jelátalakítók jellemzői

Egy másik elterjedt eszköztípus a rezisztív jelátalakító. Fontolja meg részletesebben azok jellemzőit.

Ezek a jelátalakítók alkalmasak arra, hogy saját elektromos ellenállásukat egy vagy másik mért mennyiség hatására megváltoztassák. Korrigálni tudják a szögletes és lineáris mozgást is. Leggyakrabban ezek a konverterek olyan automatizálási rendszerekbe tartoznak, amelyek nyomás-, hőmérséklet-, megvilágítási érzékelőkkel és különféle típusú sugárzások intenzitásának mérésével rendelkeznek. Az ellenállásos jelátalakítók fő előnyei:

- megbízhatóság;

- nincs kapcsolat a mérések pontossága és a tápfeszültség stabilitása között.

Sokféle kapcsolódó eszköz létezik. A legnépszerűbbek a hőmérséklet-érzékelők. Vizsgáljuk meg tulajdonságaikat.

Rezisztív hőmérséklet-érzékelők

Ezek a jelátalakítók olyan alkatrészekkel rendelkeznek, amelyek érzékenyek a környezeti hőmérséklet változásaira. Ha emelkedik, akkor az ellenállásuk növekedhet. Ezeket az eszközöket elsősorban a nagyon nagy pontosság jellemzi. Egyes esetekben lehetővé teszik a hőmérséklet változtatását körülbelül 0,026 Celsius fokos pontossággal. Ezek az eszközök platinából készült elemeket tartalmaznak - ebben az esetben az ellenállási együttható alacsonyabb lesz, vagy réz.

A rezisztív érzékelők használatát számos árnyalat jellemzi. Tehát figyelembe kell venni, hogy az érzékelőhöz szállított gerjesztőáram magasabb értéke növeli a hőmérséklet érzékenységét, ugyanakkor felmelegíti a megfelelő konverter elemeit. Ez sok esetben a pontosság csökkenését okozza. Ezért javasolt az optimális gerjesztőáram-teljesítmény biztosítása, figyelembe véve a konkrét mérési feltételeket. A számítás figyelembe veheti például annak a közegnek a hővezető képességét, amelyben az érzékelőt használják - levegő vagy víz. A gerjesztési áramok ajánlott mutatóit általában a megfelelő típusú érzékelők gyártói állítják be. Ezek azonban jelentősen eltérhetnek attól függően, hogy milyen fémeket használtak az eszközök kialakításához. Ezenkívül a kérdéses érzékelők használatakor figyelembe kell venni egy ilyen mutatót, mint az üzemi áram határértékét. Általában ezt is a gyártó határozza meg.

A rezisztív érzékelők a háztartásokban a leggyakoribb jelátalakítók közé tartoznak. Ez nagyrészt számos fajtájuk jelentős technológiai előnyeinek köszönhető. Például habeszéljünk a termisztorokról - nagy érzékenység, tömörség, kis súly jellemzi őket. A megfelelő típusú érzékelőkkel a levegő hőmérsékletét különböző körülmények között mérhetjük. Előállításuk legtöbbször nem jár jelentős költségekkel. Igaz, a termisztoroknak vannak hátrányai is - először is ez a nagyfokú nemlinearitás, aminek következtében a gyakorlatban meglehetősen szűk hőmérséklet-tartományban használhatók.

A megfelelő típusú jelátalakítókat (típusuk és rendeltetésük különböző osztályozási kritériumok alapján határozható meg) széles körben használják a mindennapi életben. Például gyakori, hogy platina- és rézelemeket tartalmazó hőmérséklet-érzékelőket tartalmaznak az összetételükben:

- fűtési infrastruktúra - a hűtőfolyadék hőmérsékletének mérésére a berendezés egyes részeiben, valamint a fűtött helyiségben;

- mosógépek - a vízhőmérséklet mérésére és a különféle mosási programokhoz való igazítására;

- vasalók - hasonlóan az optimális vasalási hőmérséklet biztosításához egy adott üzemmódban;

- elektromos tűzhelyek, valamint más típusú főzési berendezések - bizonyos felhasználói módok aktiválásakor is működésük biztosítása érdekében.

A jelátalakítók típusai és rendeltetése
A jelátalakítók típusai és rendeltetése

Reosztátátalakítók

A rezisztív eszközök másik népszerű típusa a reosztát-átalakító. Működési elvük az elektromos ellenállás mérésén alapulegyik vagy másik vezető bemeneti elmozdulás hatására. A gyakorlatban ez a jelátalakító olyan elemeket tartalmaz, amelyek a mért érték hatására mozognak. Leggyakrabban a szóban forgó készülékek feszültségosztókba vannak beépítve, vagy mérőhidak szerves részeként használják őket.

Ha a reosztát-átalakítókra jellemző előnyökről beszélünk, akkor ezek a következők:

- nincs reaktív hatása a mozgó alkatrészekre;

- nagy hatékonyság;

- kis méretek, egyen- és váltakozó árammal működő infrastruktúrában is használható.

Ugyanakkor a megfelelő típusú rezisztív konverterek nem mindig megbízhatóak, és sok esetben jelentős erőforrásokat igényelnek a vállalattól a funkcionalitás fenntartásához.

Ajánlott: