Na indústria e no dia a dia é comum o uso de vários tipos de conversores de sinal. Esses dispositivos podem ser apresentados na mais ampla gama de modificações adaptadas para solucionar problemas em diferentes áreas da economia. Que tipos de conversores de sinal podem ser atribuídos aos mais comuns? Quais poderiam ser as características de sua operação?
Qual é a finalidade dos conversores de sinal?
Conversores de sinal são dispositivos que realmente podem ser apresentados nas mais amplas soluções. Este termo é, na verdade, coletivo e pode se referir a equipamentos utilizados em diferentes segmentos da economia e classificados de acordo com critérios completamente diferentes. Os principais tipos de sinais que os dispositivos em questão podem converter são:
- elétrica;
- som;
- temperatura;
- natureza tecnológica.
Dependendo das tarefas que o usuário do conversor de sinais enfrenta, a estrutura do dispositivo correspondente pode combinar módulos que processam diversos tipos de dados. A conversão, portanto, pode ser realizada dentro da estrutura de um tipo de sinal (por exemplo, de uma frequência para outra) ou ser um mecanismo que envolve a tradução entre diferentes categorias de sinais. Por exemplo, elétrico para som.
Os dispositivos mais comuns incluem um conversor de sinais analógicos para digitais (e vice-versa, se for previsto pela estrutura dos módulos internos do dispositivo). Considere as características de seu trabalho.
Conversor A/D
O dispositivo em questão é projetado para converter qualquer sinal analógico - por exemplo, representado por indicadores de tensão, em formato digital (permitindo, por exemplo, gravar o sinal correspondente em um arquivo).
Um dos principais critérios para a eficiência do dispositivo em consideração é a capacidade de saída de dados. Seu valor determina a relação sinal-ruído.
Outro parâmetro significativo que caracteriza a qualidade de operação de um dispositivo como conversor analógico é a velocidade de formação do sinal de saída. Entre os dispositivos que proporcionam seu ótimo desempenho estão os do tipo paralelo. Eles formam grandes fluxos de sinal usando o número necessário de pinos. Esta característica do funcionamento do dispositivo em muitos casos predetermina a liberação dos conversores correspondentes, caracterizados por grandes dimensões. Além disso, os conversores de sinal analógico podem ter um nível bastante alto de consumo de energia. No entanto, dada a eficáciaoperação desses dispositivos, seus recursos observados geralmente não são considerados como deficiências.
A conversão de sinais de dispositivos analógicos para digitais paralelos é muito rápida. Para fornecer velocidade ainda maior para o tipo de dispositivo correspondente, você pode conectar vários dispositivos, para que eles possam processar fluxos de sinal em sequência.
Uma alternativa às soluções paralelas podem ser conversores de sinal do tipo serial. Eles tendem a ser menos produtivos, mas mais eficientes em termos energéticos. A sua utilização pode ser condicionada nos casos em que se trate de assegurar a transmissão de sinais numa infra-estrutura de baixa capacidade, ou no caso de não ser necessária uma taxa de conversão superior à proporcionada por dispositivos seriais.
Pode-se notar que existem dispositivos do tipo misto que combinam as funções de conversores seriais e paralelos. Em muitos casos, eles são a melhor solução em termos de atendimento aos critérios de custo e desempenho.
Observamos acima que os conversores analógico-digital podem incluir módulos que convertem sinais digitais em analógicos. Há também uma categoria separada de dispositivos do tipo correspondente. Vamos estudar suas características.
Conversores digitais para analógicos
Se o usuário possui, por exemplo, uma TV para sinal analógico, então seuoperação será possível quando uma antena adequada estiver conectada. Ou sujeito à transformação dos sinais originais em analógicos, que esta TV pode reconhecer. Sua fonte pode, por sua vez, ser uma antena digital. Ou, alternativamente, um sinal recebido pela Internet.
O dispositivo em questão, portanto, converte um sinal contendo um código digital em corrente, tensão ou carga, que é transferido para módulos analógicos para processamento. Mecanismos específicos dessa transformação dependem do tipo de dado inicial. Por exemplo, se estamos falando de som, na entrada geralmente é apresentado em modulação de código de pulso. Se o arquivo de origem estiver compactado, codecs de software especiais podem ser usados para converter os sinais. Por sua vez, a antena digital geralmente transmite o sinal para processamento por métodos de hardware.
Os dispositivos que incluem os conversores em questão podem ser complementados com módulos para diversos fins. Por exemplo, ao fornecer a reprodução de uma transmissão de televisão, um amplificador de sinal de vídeo pode ser usado além dos módulos usados pelo conversor. Em muitos casos, isso é necessário para garantir uma alta qualidade de imagem ao converter um sinal analógico para digital. Além disso, um amplificador de sinal de vídeo é usado se você precisar transferir imagens a uma distância considerável.
A televisão não é a única área de aplicação ativa dos aparelhos em questão. Os conversores correspondentes estão incluídos, por exemplo, em leitores de CD,que também convertem o sinal digital para analógico.
Transdutores ultrassônicos
A próxima categoria comum de dispositivos é o transdutor ultrassônico. Pode-se notar que pode ser representado por dispositivos que possuem a mais ampla gama de aplicações, bem como princípios de funcionamento. Entre as variedades comuns de transdutores ultrassônicos está uma unidade submersível, projetada para transmitir ultrassom em uma determinada frequência para a água ou outro meio líquido. Este dispositivo pode ser usado, por exemplo, para limpar vários objetos de contaminantes - como parte de banhos usados para limpeza ultrassônica.
Existem outras áreas de aplicação dos dispositivos considerados. Um transdutor ultrassônico pode ser usado para controlar a integridade de certas estruturas, conexões, para verificar certos objetos quanto a danos.
Conversores lineares e de pulso
Considerando as características do uso de conversores, será útil atentar para a classificação segundo a qual eles são divididos em lineares e pulsantes. Na verdade, esses critérios refletem os dois princípios mais importantes para a operação dos conversores.
Aqueles que são lineares podem trabalhar com o princípio dos circuitos analógicos, nos quais os sinais convertidos são formados em um ritmo suave. O conversor de pulso assume uma representação mais ativa dos sinais tanto na saída quanto durante seu processamento interno. No entanto, caso seesta operação é realizada apenas no estágio interno de processamento do sinal, o dispositivo correspondente pode gerar praticamente os mesmos indicadores que no caso em que um conversor linear é usado. Assim, o conceito de processamento linear ou de pulso só pode ser considerado no contexto do princípio de operação dos principais componentes de hardware de um dispositivo do tipo correspondente.
Os conversores de pulso são usados principalmente nos casos em que se espera que a infraestrutura utilizada processe sinais de alta potência. Isso se deve ao fato de que a eficiência dos dispositivos correspondentes nesses casos é muito maior do que quando são usados para processar sinais de menor potência. Outro fator na escolha dessas soluções é a utilização de dispositivos transformadores ou capacitores como parte da infraestrutura utilizada, com os quais os conversores de pulso possuem ótima compatibilidade.
Por sua vez, um conversor linear é um dispositivo que é utilizado no âmbito de uma infraestrutura na qual é realizado o processamento de sinais de baixa potência. Ou se houver necessidade de reduzir o ruído gerado devido ao funcionamento do conversor. Vale ress altar que a eficiência das soluções consideradas em uma infraestrutura de alta potência não é das mais destacadas, portanto, esses dispositivos emitem na maioria das vezes uma quantidade de calor maior que os conversores de pulso. Além disso, seu peso e dimensões também são significativamente maiores.
Mas, de uma forma ou de outra, na prática, o funcionamento do conversor de acordo com o princípio de pulso pode envolvera formação de sua função de transferência de forma linear. Portanto, antes de implementar os condicionadores de sinal apropriados na infraestrutura, sua estrutura interna deve ser considerada para o esquema de processamento de sinal aplicado.
Transdutores de medição
Outra categoria comum de soluções são os transdutores. Quais são suas características? Um transdutor de medição é um dispositivo que também pode ser apresentado em um grande número de variedades. O que une esses dispositivos é sua capacidade de medir e transformar certas quantidades.
É comum considerar o esquema de operação de dispositivos de medição do tipo correspondente, em que o sinal é processado em várias etapas. Primeiro, o conversor a recebe, depois a transforma em um valor que pode ser medido, depois a transforma em alguma energia útil. Por exemplo, se um transdutor de corrente de medição analógico for usado, a energia elétrica será transformada em energia mecânica.
Claro, mecanismos específicos para a aplicação de soluções apropriadas podem ser apresentados em uma gama extremamente ampla. O uso de transformações de medição para fins científicos como parte da infraestrutura para a realização de experimentos e pesquisas é bastante difundido. O que une a maioria dos transdutores de medição é sua adaptabilidade, antes de tudo, para trabalhar com o uso de características normalizadas ao processar ou transformar um sinal. PossoObserve que essas especificações nem sempre são destinadas ao usuário final do inversor. Sua ativação em muitos casos é realizada em modo oculto. Uma pessoa, usando conversores de sinal apropriados, recebe apenas o sinal necessário, adaptado para uso em diversas finalidades, na saída.
Assim, essas soluções, via de regra, não são utilizadas como tipos independentes de infraestrutura. Eles fazem parte de dispositivos mais complexos - por exemplo, sistemas de automação de medição em produção. Os transdutores de medição são mais frequentemente classificados em 2 grupos principais - primários e intermediários. Será útil considerar as especificidades de ambos.
Classificação dos transdutores de medição: soluções primárias e intermediárias
Dispositivos pertencentes à categoria de primário, via de regra, são usados como sensores. Ou seja, são conversores nos quais um ou outro valor medido atua diretamente. Os demais dispositivos são classificados como intermediários. Eles são colocados na infraestrutura de medição imediatamente após os primeiros e podem ser responsáveis por um grande número de operações relacionadas à transformação. Que operações específicas podem ser realizadas por um conversor de nível de sinal do tipo correspondente? Estes são comumente referidos como:
- medição de indicadores físicos para várias quantidades;
- várias transformações de escala;
- transformação de sinais digitais em analógicos e vice-versa;
- transformações funcionais.
Observe que umclassificação pode ser considerada condicional. Isso se deve principalmente ao fato de que vários transdutores primários podem estar localizados no mesmo instrumento de medição. Outra razão para considerar condicional a classificação discutida acima é que em diferentes tipos de infraestrutura, as medições podem ser realizadas de acordo com princípios diferentes.
Tubos intensificadores
Outro tipo de aparelho popular em diversos setores da economia é o tubo intensificador de imagem. Ele, como outros tipos de dispositivos discutidos acima, pode ser apresentado em uma ampla variedade de designs. Os conversores eletro-ópticos estão unidos por um princípio comum de operação: envolve a conversão de um objeto invisível - por exemplo, iluminado por infravermelho, ultravioleta ou, por exemplo, raios-x, no espectro visível.
Neste caso, a operação correspondente, via de regra, é realizada em 2 etapas. No primeiro estágio, a radiação invisível é recebida por um fotocátodo, após o que é transformada em sinais eletrônicos. Que já estão no segundo estágio convertidos em imagem visível e exibidos na tela. Se for um monitor de computador, o sinal pode ser pré-convertido para um código digital.
Os tubos intensificadores são soluções tradicionalmente classificadas em várias gerações. Dispositivos relacionados ao primeiro incluem um frasco de vidro a vácuo. Ele contém um fotocátodo e um ânodo. Uma diferença de potencial é formada entre eles. Ao se candidatarUm conversor de voltagem ideal dentro dele forma uma lente eletrônica capaz de focalizar os fluxos de elétrons.
Os transdutores de segunda geração possuem módulos de aceleração de elétrons, resultando em maior brilho da imagem. Os dispositivos de terceira geração utilizam materiais que permitem aumentar em mais de 3 vezes a sensibilidade do fotocátodo como componente chave do conversor elétron-óptico.
Recursos de transdutores resistivos
Outro tipo comum de dispositivo são os transdutores resistivos. Considere seus recursos com mais detalhes.
Estes transdutores são adaptados para alterar sua própria resistência elétrica sob a influência de uma ou outra grandeza medida. Eles também podem corrigir movimentos angulares e lineares. Na maioria das vezes, esses conversores são incluídos em sistemas de automação com sensores de pressão, temperatura, nível de iluminação e medição da intensidade de vários tipos de radiação. Principais vantagens dos transdutores resistivos:
- confiabilidade;
- sem relação entre a precisão das medições e a estabilidade da tensão de alimentação.
Há um grande número de variedades de dispositivos relacionados. Entre os mais populares estão os sensores de temperatura. Vamos estudar suas características.
Sensores de temperatura resistivos
Estes conversores de sinal possuem componentes que são sensíveis a mudanças na temperatura ambiente. Se aumentar, sua resistência pode aumentar. Esses dispositivos são caracterizados principalmente por uma precisão muito alta. Em alguns casos, permitem alterar a temperatura com uma precisão de cerca de 0,026 graus Celsius. Esses dispositivos contêm elementos feitos de platina - neste caso, o coeficiente de resistência será menor, ou cobre.
O uso de sensores resistivos é caracterizado por uma série de nuances. Portanto, deve-se levar em consideração que valores mais altos da corrente de excitação fornecida ao sensor aumentam sua sensibilidade à temperatura, mas, ao mesmo tempo, aquecem os elementos do conversor correspondente. Isso, em muitos casos, causa uma diminuição em sua precisão. Portanto, é recomendável garantir o desempenho ideal da corrente de excitação, levando em consideração as condições de medição específicas. O cálculo pode levar, por exemplo, a condutividade térmica do meio em que o sensor é usado - ar ou água. Como regra, os indicadores recomendados para correntes de excitação são definidos pelos fabricantes de sensores do tipo correspondente. No entanto, eles podem variar significativamente dependendo dos metais usados no projeto dos dispositivos. Além disso, ao usar os sensores em questão, é necessário levar em consideração um indicador como o valor limite da corrente de operação. Geralmente também é determinado pelo fabricante.
Os sensores resistivos estão entre os tipos mais comuns de transdutores domésticos. Isso se deve em grande parte às vantagens tecnológicas significativas de muitas de suas variedades. Por exemplo, sefalar sobre termistores - eles são caracterizados por alta sensibilidade, compacidade, baixo peso. O tipo apropriado de sensores pode ser usado para medir a temperatura do ar em várias condições. Sua produção na maioria das vezes não envolve custos significativos. É verdade que os termistores também têm desvantagens - em primeiro lugar, este é um alto grau de não linearidade, como resultado, eles podem ser usados na prática em faixas de temperatura bastante estreitas.
O tipo correspondente de conversores de sinal (seus tipos e finalidades podem ser determinados com base em diferentes critérios de classificação) são amplamente utilizados na vida cotidiana. Por exemplo, é comum incluir sensores de temperatura contendo elementos de platina e cobre em sua composição:
- infraestrutura de aquecimento - para medir a temperatura do refrigerante em determinadas partes do equipamento, bem como na sala aquecida;
- máquinas de lavar - para medir a temperatura da água e ajustá-la aos vários programas de lavagem;
- ferros - da mesma forma para garantir a temperatura ideal de engomar dentro de um determinado modo de operação;
- fogões elétricos, bem como outros tipos de equipamentos para cozinhar - também para garantir seu funcionamento quando determinados modos de usuário são ativados.
Conversores de reostato
Outro tipo popular de dispositivos resistivos são os conversores de reostato. Seu princípio de funcionamento é baseado na medição de resistência elétricade um ou outro condutor sob a influência do deslocamento de entrada. Na prática, este transdutor inclui elementos adaptados ao movimento devido à influência do valor medido. Na maioria das vezes, os dispositivos em questão são incluídos em divisores de tensão ou usados como elemento integrante de pontes de medição.
Se falarmos sobre as vantagens que caracterizam os conversores de reostato, elas incluem:
- sem efeito reativo em componentes móveis;
- alta eficiência;
- pequenas dimensões, capacidade de uso em infraestrutura operando em corrente contínua e alternada.
Ao mesmo tempo, conversores resistivos do tipo correspondente nem sempre são confiáveis e, em muitos casos, exigem recursos significativos da empresa para manter a funcionalidade.
