Dalam industri dan kehidupan sehari-hari, penggunaan berbagai jenis konverter sinyal adalah hal biasa. Perangkat ini dapat disajikan dalam berbagai modifikasi terluas yang disesuaikan untuk memecahkan masalah di berbagai bidang ekonomi. Jenis konverter sinyal apa yang dapat dikaitkan dengan yang paling umum? Apa saja fitur operasi mereka?
Apa tujuan dari konverter sinyal?
Konverter sinyal adalah perangkat yang benar-benar dapat disajikan dalam berbagai solusi terluas. Istilah ini sebenarnya adalah istilah kolektif dan dapat merujuk pada peralatan yang digunakan di berbagai segmen ekonomi dan diklasifikasikan menurut kriteria yang sama sekali berbeda. Jenis sinyal utama yang dapat dikonversi oleh perangkat yang bersangkutan adalah:
- listrik;
- suara;
- suhu;
- sifat teknologi.
Bergantung pada tugas yang dihadapi pengguna konverter sinyal, struktur perangkat terkait dapat menggabungkan modul yang memproses beberapa jenis data berbeda. Konversi, oleh karena itu, dapat dilakukan dalam kerangka satu jenis sinyal (misalnya, dari satu frekuensi ke frekuensi lain) atau menjadi mekanisme yang melibatkan terjemahan antara berbagai kategori sinyal. Misalnya, listrik ke suara.
Perangkat yang paling umum termasuk konverter sinyal analog ke digital (dan sebaliknya, jika disediakan oleh struktur modul internal perangkat). Perhatikan ciri-ciri karyanya.
Konverter A/D
Perangkat yang dimaksud dirancang untuk mengubah sinyal analog apa pun - misalnya, diwakili oleh indikator tegangan, menjadi bentuk digital (memungkinkan, misalnya, untuk menulis sinyal yang sesuai ke file).
Salah satu kriteria utama untuk efisiensi perangkat yang dipertimbangkan adalah kapasitas data keluaran. Nilainya menentukan rasio signal-to-noise.
Parameter penting lainnya yang mencirikan kualitas pengoperasian perangkat seperti konverter analog adalah kecepatan pembentukan sinyal keluaran. Di antara perangkat yang memberikan kinerja optimalnya adalah yang bertipe paralel. Mereka membentuk aliran sinyal besar menggunakan jumlah pin yang diperlukan. Fitur fungsi perangkat ini dalam banyak kasus menentukan sebelumnya pelepasan konverter yang sesuai, yang ditandai dengan dimensi besar. Selain itu, konverter sinyal analog dapat memiliki tingkat konsumsi daya yang cukup tinggi. Namun, mengingat keefektifannyapengoperasian perangkat ini, fitur yang dicatat sering tidak dianggap sebagai kekurangan.
Konversi sinyal dari analog ke perangkat paralel digital sangat cepat. Untuk memberikan kecepatan yang lebih tinggi untuk jenis perangkat yang sesuai, Anda dapat menghubungkan beberapa perangkat, sehingga mereka dapat memproses aliran sinyal secara bergantian.
Alternatif untuk solusi paralel dapat berupa konverter sinyal tipe serial. Mereka cenderung kurang produktif tetapi lebih hemat energi. Penggunaannya dapat dikondisikan dalam kasus di mana ada pertanyaan untuk memastikan transmisi sinyal dalam infrastruktur berkapasitas rendah, atau jika tingkat konversi yang lebih tinggi daripada yang disediakan oleh perangkat serial tidak diperlukan.
Dapat dicatat bahwa ada perangkat tipe campuran yang menggabungkan fungsi konverter serial dan paralel. Dalam banyak kasus, mereka adalah solusi terbaik dalam hal memenuhi kriteria biaya dan kinerja.
Kami mencatat di atas bahwa konverter analog-ke-digital dapat menyertakan modul yang mengubah sinyal digital menjadi sinyal analog. Ada juga kategori perangkat yang terpisah dari jenis yang sesuai. Mari kita pelajari fitur-fiturnya.
Konverter digital-ke-analog
Jika pengguna memiliki, misalnya, TV untuk sinyal analog, makaoperasi akan dimungkinkan bila antena yang sesuai terhubung. Atau tunduk pada transformasi sinyal asli menjadi analog, yang dapat dikenali oleh TV ini. Sumber mereka dapat, pada gilirannya, menjadi antena digital. Atau, sebagai alternatif, sinyal yang diterima melalui Internet.
Perangkat yang dimaksud, oleh karena itu, mengubah sinyal yang berisi kode digital menjadi arus, tegangan, atau muatan, yang ditransfer ke modul analog untuk diproses. Mekanisme spesifik dari transformasi ini bergantung pada tipe data awal. Misalnya, jika kita berbicara tentang suara, maka pada input biasanya disajikan dalam modulasi kode pulsa. Jika file sumber dikompresi, maka codec perangkat lunak khusus dapat digunakan untuk mengubah sinyal. Pada gilirannya, antena digital biasanya mentransmisikan sinyal untuk diproses dengan metode perangkat keras.
Perangkat yang menyertakan konverter tersebut dapat dilengkapi dengan modul untuk berbagai tujuan. Misalnya, saat menyediakan pemutaran siaran televisi, penguat sinyal video dapat digunakan selain modul yang digunakan oleh konverter. Dalam banyak kasus, perlu untuk memastikan kualitas gambar yang tinggi saat mengubah sinyal analog ke digital. Juga, penguat sinyal video digunakan jika Anda perlu mentransfer gambar dalam jarak yang cukup jauh.
Televisi bukan satu-satunya area aplikasi aktif dari perangkat yang dimaksud. Konverter yang sesuai disertakan, misalnya, dalam pemutar CD,yang juga mengubah sinyal digital menjadi analog.
Transduser ultrasonik
Kategori perangkat umum berikutnya adalah transduser ultrasonik. Dapat dicatat bahwa itu dapat diwakili oleh perangkat yang memiliki jangkauan aplikasi terluas, serta prinsip operasi. Di antara varietas umum transduser ultrasonik adalah unit submersible, yang dirancang untuk mengirimkan ultrasound pada frekuensi tertentu ke dalam air atau media cair lainnya. Perangkat ini dapat digunakan, misalnya, untuk membersihkan berbagai benda dari kontaminan - sebagai bagian dari bak mandi yang digunakan untuk pembersihan ultrasonik.
Ada area aplikasi lain dari perangkat yang dipertimbangkan. Transduser ultrasonik dapat digunakan untuk mengontrol integritas struktur tertentu, koneksi, untuk memeriksa objek tertentu dari kerusakan.
Konverter linier dan pulsa
Mempertimbangkan fitur penggunaan konverter, akan berguna untuk memperhatikan klasifikasi yang dibagi menjadi linier dan pulsa. Sebenarnya, kriteria ini mencerminkan dua prinsip terpenting untuk pengoperasian konverter.
Mereka yang linier dapat bekerja berdasarkan prinsip sirkuit analog, di mana sinyal yang dikonversi terbentuk dengan kecepatan yang mulus. Konverter pulsa mengasumsikan representasi sinyal yang lebih aktif baik pada keluaran maupun selama pemrosesan internalnya. Namun, jikaoperasi ini dilakukan hanya pada tahap internal pemrosesan sinyal, perangkat yang sesuai dapat menghasilkan indikator yang hampir sama seperti dalam kasus ketika konverter linier digunakan. Dengan demikian, konsep pemrosesan linier atau pulsa hanya dapat dipertimbangkan dalam konteks prinsip pengoperasian komponen perangkat keras utama perangkat dari jenis yang sesuai.
Konverter pulsa terutama digunakan dalam kasus di mana infrastruktur yang digunakan diperkirakan akan memproses sinyal berdaya tinggi. Ini disebabkan oleh fakta bahwa efisiensi perangkat yang sesuai dalam kasus seperti itu jauh lebih tinggi daripada ketika digunakan untuk memproses sinyal dengan daya yang lebih rendah. Faktor lain dalam memilih solusi ini adalah penggunaan perangkat transformator atau kapasitor sebagai bagian dari infrastruktur yang digunakan, dimana konverter pulsa memiliki kompatibilitas yang optimal.
Pada gilirannya, konverter linier adalah perangkat yang digunakan dalam kerangka infrastruktur tempat pemrosesan sinyal berdaya rendah dilakukan. Atau jika ada kebutuhan untuk mengurangi kebisingan yang dihasilkan karena pengoperasian konverter. Perlu dicatat bahwa efisiensi solusi yang dipertimbangkan dalam infrastruktur berdaya tinggi bukanlah yang paling menonjol, oleh karena itu, perangkat ini paling sering memancarkan jumlah panas yang lebih besar daripada konverter pulsa. Selain itu, berat dan dimensinya juga jauh lebih besar.
Tetapi, dengan satu atau lain cara, dalam praktiknya, pengoperasian konverter menurut prinsip pulsa mungkin melibatkanpembentukan fungsi alihnya dalam bentuk linier. Oleh karena itu, sebelum menerapkan pengkondisi sinyal yang sesuai ke dalam infrastruktur, struktur internalnya harus dipertimbangkan untuk skema pemrosesan sinyal yang diterapkan.
Mengukur transduser
Kategori solusi umum lainnya adalah transduser. Apa saja fitur mereka? Sebuah transduser pengukur adalah perangkat yang juga dapat disajikan dalam sejumlah besar varietas. Yang menyatukan perangkat ini adalah kemampuannya untuk mengukur dan mengubah besaran tertentu.
Adalah umum untuk mempertimbangkan skema operasi alat pengukur dari jenis yang sesuai, di mana sinyal diproses dalam beberapa tahap. Pertama, konverter menerimanya, kemudian mengubahnya menjadi nilai yang dapat diukur, kemudian mengubahnya menjadi beberapa energi yang berguna. Misalnya, jika transduser arus pengukur analog digunakan, maka energi listrik diubah menjadi energi mekanik.
Tentu saja, mekanisme khusus untuk penerapan solusi yang tepat dapat disajikan dalam rentang yang sangat luas. Penggunaan transformasi pengukuran untuk tujuan ilmiah sebagai bagian dari infrastruktur untuk melakukan eksperimen dan penelitian tersebar luas. Apa yang menyatukan sebagian besar transduser pengukur adalah kemampuan beradaptasinya, pertama-tama, untuk bekerja dengan penggunaan karakteristik yang dinormalisasi saat memproses atau mengubah sinyal. BisaPerhatikan bahwa spesifikasi ini mungkin tidak selalu ditujukan untuk pengguna akhir inverter. Aktivasi mereka dalam banyak kasus dilakukan dalam mode tersembunyi. Seseorang, menggunakan konverter sinyal yang sesuai, hanya menerima sinyal yang diperlukan, yang disesuaikan untuk digunakan dalam berbagai tujuan, pada output.
Dengan demikian, solusi ini, sebagai suatu peraturan, tidak digunakan sebagai jenis infrastruktur independen. Mereka adalah bagian dari perangkat yang lebih kompleks - misalnya, sistem otomatisasi pengukuran dalam produksi. Transduser pengukur paling sering diklasifikasikan menjadi 2 kelompok utama - primer dan menengah. Akan berguna untuk mempertimbangkan secara spesifik keduanya.
Klasifikasi transduser pengukur: solusi primer dan menengah
Perangkat yang termasuk dalam kategori utama, biasanya, digunakan sebagai sensor. Artinya, mereka adalah konverter di mana satu atau lain nilai terukur bertindak secara langsung. Perangkat yang tersisa diklasifikasikan sebagai perantara. Mereka ditempatkan di infrastruktur pengukuran segera setelah yang pertama dan dapat bertanggung jawab atas sejumlah besar operasi yang terkait dengan transformasi. Operasi spesifik apa yang dapat dilakukan oleh konverter level sinyal dari jenis yang sesuai? Ini biasanya disebut sebagai:
- pengukuran indikator fisik untuk berbagai kuantitas;
- berbagai transformasi skala;
- transformasi sinyal digital menjadi analog dan sebaliknya;
- transformasi fungsional.
Perhatikan yang serupaklasifikasi dapat dianggap bersyarat. Hal ini terutama disebabkan oleh fakta bahwa beberapa transduser utama dapat ditempatkan di instrumen pengukuran yang sama. Alasan lain untuk mempertimbangkan klasifikasi yang dibahas di atas bersyarat adalah bahwa dalam berbagai jenis infrastruktur, pengukuran dapat dilakukan menurut prinsip yang berbeda.
Tabung penguat
Jenis perangkat lain yang populer di berbagai sektor ekonomi adalah tabung penguat gambar. Ini, seperti jenis perangkat lain yang dibahas di atas, dapat disajikan dalam berbagai desain. Konverter elektron-optik disatukan oleh prinsip umum operasi: ini melibatkan konversi objek yang tidak terlihat - misalnya, diterangi oleh inframerah, ultraviolet atau, misalnya, sinar-x, menjadi spektrum yang terlihat.
Dalam hal ini, operasi yang sesuai, sebagai suatu peraturan, dilakukan dalam 2 tahap. Pada tahap pertama, radiasi tak kasat mata diterima oleh fotokatoda, setelah itu diubah menjadi sinyal elektronik. Yang sudah pada tahap kedua diubah menjadi gambar yang terlihat dan ditampilkan di layar. Jika itu adalah monitor komputer, maka sinyal dapat diubah sebelumnya menjadi kode digital.
Tabung penguat adalah solusi yang secara tradisional diklasifikasikan ke dalam beberapa generasi. Perangkat yang terkait dengan yang pertama termasuk termos kaca. Ini berisi fotokatoda dan anoda. Perbedaan potensial terbentuk di antara mereka. Saat melamarKonverter tegangan optimal di dalamnya membentuk lensa elektronik yang mampu memfokuskan aliran elektron.
Transduser generasi kedua memiliki modul percepatan elektron, menghasilkan kecerahan gambar yang ditingkatkan. Perangkat generasi ketiga menggunakan bahan yang memungkinkan peningkatan sensitivitas fotokatoda sebagai komponen kunci dari konverter elektron-optik lebih dari 3 kali.
Fitur transduser resistif
Jenis perangkat umum lainnya adalah transduser resistif. Pertimbangkan fitur-fiturnya lebih detail.
Transduser ini disesuaikan untuk mengubah hambatan listriknya sendiri di bawah pengaruh satu atau lain besaran terukur. Mereka juga dapat mengoreksi gerakan sudut dan linier. Paling sering, konverter ini termasuk dalam sistem otomasi dengan sensor untuk tekanan, suhu, tingkat penerangan, dan pengukuran intensitas berbagai jenis radiasi. Keuntungan utama transduser resistif:
- keandalan;
- tidak ada hubungan antara keakuratan pengukuran dan stabilitas tegangan suplai.
Ada banyak jenis perangkat terkait. Di antara yang paling populer adalah sensor suhu. Mari kita pelajari fitur-fiturnya.
Sensor suhu resistif
Konverter sinyal ini memiliki komponen yang sensitif terhadap perubahan suhu sekitar. Jika naik, maka resistensi mereka dapat meningkat. Perangkat ini dicirikan terutama oleh akurasi yang sangat tinggi. Dalam beberapa kasus, mereka memungkinkan untuk mengubah suhu dengan akurasi sekitar 0,026 derajat Celcius. Perangkat ini mengandung elemen yang terbuat dari platinum - dalam hal ini, koefisien resistansi akan lebih rendah, atau tembaga.
Penggunaan sensor resistif ditandai dengan sejumlah nuansa. Jadi, harus diperhitungkan bahwa nilai arus eksitasi yang lebih tinggi yang dipasok ke sensor meningkatkan sensitivitas suhunya, tetapi, pada saat yang sama, memanaskan elemen konverter yang sesuai. Ini dalam banyak kasus menyebabkan penurunan akurasinya. Oleh karena itu, disarankan untuk memastikan kinerja arus eksitasi yang optimal, dengan mempertimbangkan kondisi pengukuran tertentu. Perhitungan dapat mengambil, misalnya, konduktivitas termal dari media di mana sensor digunakan - udara atau air. Sebagai aturan, indikator yang direkomendasikan untuk arus eksitasi ditetapkan oleh produsen sensor dari jenis yang sesuai. Namun, mereka dapat sangat bervariasi tergantung pada logam yang digunakan dalam desain perangkat. Selain itu, saat menggunakan sensor yang dimaksud, perlu mempertimbangkan indikator seperti nilai batas untuk arus operasi. Biasanya ditentukan juga oleh pembuatnya.
Sensor resistif adalah salah satu jenis transduser yang paling umum di rumah tangga. Ini sebagian besar disebabkan oleh keunggulan teknologi yang signifikan dari banyak varietas mereka. Misalnya, jikaberbicara tentang termistor - mereka dicirikan oleh sensitivitas tinggi, kekompakan, bobot rendah. Jenis sensor yang sesuai dapat digunakan untuk mengukur suhu udara dalam berbagai kondisi. Produksi mereka paling sering tidak melibatkan biaya yang signifikan. Benar, termistor juga memiliki kelemahan - pertama-tama, ini adalah tingkat nonlinier yang tinggi, sehingga mereka dapat digunakan dalam praktik dalam rentang suhu yang cukup sempit.
Jenis konverter sinyal yang sesuai (jenis dan tujuannya dapat ditentukan berdasarkan kriteria klasifikasi yang berbeda) banyak digunakan dalam kehidupan sehari-hari. Misalnya, sensor suhu yang mengandung elemen platinum dan tembaga biasanya disertakan dalam komposisinya:
- infrastruktur pemanas - untuk mengukur suhu cairan pendingin di bagian tertentu dari peralatan, serta di ruang yang dipanaskan;
- mesin cuci - untuk mengukur suhu air dan menyesuaikannya dengan berbagai program pencucian;
- setrika - sama halnya untuk memastikan suhu penyetrikaan yang optimal dalam mode operasi tertentu;
- kompor listrik, serta jenis peralatan memasak lainnya - juga untuk memastikan fungsinya saat mode pengguna tertentu diaktifkan.
Konverter Rheostat
Jenis perangkat resistif populer lainnya adalah konverter rheostat. Prinsip operasi mereka didasarkan pada pengukuran hambatan listrikdari satu atau lain konduktor di bawah pengaruh perpindahan input. Dalam praktiknya, transduser ini termasuk elemen yang beradaptasi untuk bergerak karena pengaruh nilai yang diukur. Paling sering, perangkat yang dimaksud termasuk dalam pembagi tegangan atau digunakan sebagai elemen integral dari jembatan pengukur.
Jika kita berbicara tentang kelebihan yang menjadi ciri konverter rheostat, maka ini termasuk:
- tidak ada efek reaktif pada komponen yang bergerak;
- efisiensi tinggi;
- dimensi kecil, kemampuan untuk digunakan dalam infrastruktur yang beroperasi pada arus searah dan bolak-balik.
Pada saat yang sama, konverter resistif dari jenis yang sesuai tidak selalu dapat diandalkan dan dalam banyak kasus memerlukan sumber daya yang signifikan dari perusahaan untuk mempertahankan fungsionalitas.
