En la industria y en la vida cotidiana, es común el uso de varios tipos de convertidores de señal. Estos dispositivos se pueden presentar en la más amplia gama de modificaciones adaptadas para resolver problemas en diferentes áreas de la economía. ¿Qué tipos de convertidores de señal se pueden atribuir a los más comunes? ¿Cuáles podrían ser las características de su funcionamiento?
¿Cuál es el propósito de los convertidores de señal?
Los convertidores de señal son dispositivos que realmente se pueden presentar en la más amplia gama de soluciones. Este término es en realidad colectivo y puede referirse a equipos utilizados en diferentes segmentos de la economía y clasificados según criterios completamente diferentes. Los principales tipos de señales que pueden convertir los dispositivos en cuestión son:
- eléctrico;
- sonido;
- temperatura;
- Naturaleza tecnológica.
Dependiendo de las tareas que enfrenta el usuario del convertidor de señal, la estructura del dispositivo correspondiente puede combinar módulos que procesan varios tipos diferentes de datos. La conversión, por tanto, puede realizarse en el marco de un tipo de señal (por ejemplo, de una frecuencia a otra) o ser un mecanismo que implica la traducción entre diferentes categorías de señales. Por ejemplo, eléctrico a sonido.
Los dispositivos más comunes incluyen un conversor de señales analógicas a digitales (y viceversa, si así lo prevé la estructura de los módulos internos del dispositivo). Considere las características de su trabajo.
Convertidor A/D
El dispositivo en cuestión está diseñado para convertir cualquier señal analógica, por ejemplo, representada por indicadores de voltaje, en formato digital (permitiendo, por ejemplo, escribir la señal correspondiente en un archivo).
Uno de los principales criterios para la eficiencia del dispositivo en cuestión es la capacidad de salida de datos. Su valor determina la relación señal-ruido.
Otro parámetro importante que caracteriza la calidad de funcionamiento de un dispositivo como un convertidor analógico es la velocidad de formación de la señal de salida. Entre esos dispositivos que brindan su óptimo rendimiento se encuentran los que son del tipo paralelo. Forman grandes flujos de señal usando el número requerido de pines. Esta característica del funcionamiento del dispositivo en muchos casos predetermina el lanzamiento de los convertidores correspondientes, caracterizados por grandes dimensiones. Además, los convertidores de señales analógicas pueden tener un nivel bastante alto de consumo de energía. Sin embargo, dada la eficaciaoperación de estos dispositivos, sus características destacadas a menudo no se consideran deficiencias.
La conversión de señales de dispositivos paralelos analógicos a digitales es muy rápida. Para proporcionar una velocidad aún mayor para el tipo de dispositivo correspondiente, puede conectar varios dispositivos para que puedan procesar flujos de señal a su vez.
Una alternativa a las soluciones en paralelo pueden ser los convertidores de señal de tipo serie. Tienden a ser menos productivos pero más eficientes energéticamente. Su uso puede estar condicionado en los casos en que se trate de asegurar la transmisión de señales dentro de una infraestructura de baja capacidad, o en el caso de que no se requiera una tasa de conversión superior a la que proporcionan los dispositivos serie.
Se puede señalar que existen dispositivos de tipo mixto que combinan las funciones de los convertidores en serie y en paralelo. En muchos casos, son la mejor solución en términos de cumplir con los criterios de costo y desempeño.
Anteriormente notamos que los convertidores de analógico a digital pueden incluir módulos que convierten señales digitales en analógicas. También hay una categoría separada de dispositivos del tipo correspondiente. Estudiemos sus características.
Convertidores de digital a analógico
Si el usuario tiene, por ejemplo, un televisor para una señal analógica, entonces sula operación será posible cuando se conecte una antena adecuada. O sujeto a la transformación de las señales originales en analógicas, que este televisor puede reconocer. Su fuente puede, a su vez, ser una antena digital. O, alternativamente, una señal recibida a través de Internet.
El dispositivo en cuestión, por lo tanto, convierte una señal que contiene un código digital en corriente, voltaje o carga, que se transfiere a módulos analógicos para su procesamiento. Los mecanismos específicos de esta transformación dependen del tipo de datos iniciales. Por ejemplo, si estamos hablando de sonido, en la entrada generalmente se presenta en modulación de código de pulso. Si el archivo fuente está comprimido, se pueden usar códecs de software especiales para convertir las señales. A su vez, la antena digital suele transmitir la señal para su procesamiento por métodos de hardware.
Los dispositivos que incluyen los convertidores en cuestión pueden complementarse con módulos para diversos fines. Por ejemplo, cuando se proporciona reproducción de una transmisión de televisión, se puede usar un amplificador de señal de video además de los módulos que usa el convertidor. En muchos casos, es necesario para garantizar una alta calidad de imagen al convertir una señal analógica a digital. Además, se usa un amplificador de señal de video si necesita transferir imágenes a una distancia considerable.
La televisión no es el único ámbito de aplicación activa de los dispositivos en cuestión. Los convertidores correspondientes se incluyen, por ejemplo, en reproductores de CD,que también convierten la señal digital en analógica.
Transductores ultrasónicos
La siguiente categoría común de dispositivos es el transductor ultrasónico. Cabe señalar que puede estar representado por dispositivos que tienen la más amplia gama de aplicaciones, así como principios operativos. Entre las variedades comunes de transductores ultrasónicos se encuentra una unidad sumergible, que está diseñada para transmitir ultrasonido a una determinada frecuencia en agua u otro medio líquido. Este dispositivo se puede utilizar, por ejemplo, para limpiar varios objetos de contaminantes, como parte de los baños utilizados para la limpieza ultrasónica.
Hay otras áreas de aplicación de los dispositivos considerados. Se puede usar un transductor ultrasónico para controlar la integridad de ciertas estructuras, conexiones, para verificar que ciertos objetos no estén dañados.
Convertidores lineales y de pulsos
Teniendo en cuenta las características del uso de convertidores, será útil prestar atención a la clasificación según la cual se dividen en lineales y de pulso. De hecho, estos criterios reflejan los dos principios más importantes para el funcionamiento de los convertidores.
Aquellos que son lineales pueden funcionar según el principio de los circuitos analógicos, en los que las señales convertidas se forman a un ritmo suave. El convertidor de pulso asume una representación más activa de las señales tanto en la salida como durante su procesamiento interno. Sin embargo, en caso de que siesta operación se lleva a cabo solo en la etapa interna del procesamiento de la señal, el dispositivo correspondiente puede generar prácticamente los mismos indicadores que en el caso de que se use un convertidor lineal. Por lo tanto, el concepto de procesamiento lineal o de pulsos solo puede considerarse en el contexto del principio de funcionamiento de los componentes clave del hardware de un dispositivo del tipo correspondiente.
Los convertidores de pulsos se utilizan principalmente en casos en los que se espera que la infraestructura utilizada procese señales de alta potencia. Esto se debe al hecho de que la eficiencia de los dispositivos correspondientes en tales casos es mucho mayor que cuando se utilizan para procesar señales de menor potencia. Otro factor a la hora de elegir estas soluciones es el uso de dispositivos transformadores o condensadores como parte de la infraestructura utilizada, con los que los convertidores de pulsos tienen una compatibilidad óptima.
A su vez, un convertidor lineal es un dispositivo que se utiliza en el marco de una infraestructura en la que se lleva a cabo el procesamiento de señales de baja potencia. O si existe la necesidad de reducir el ruido generado por el funcionamiento del convertidor. Vale la pena señalar que la eficiencia de las soluciones consideradas en una infraestructura de alta potencia no es la más destacada, por lo tanto, estos dispositivos suelen emitir una mayor cantidad de calor que los convertidores de pulso. Además, su peso y dimensiones también son significativamente mayores.
Pero, de una forma u otra, en la práctica, el funcionamiento del convertidor según el principio de pulso puede implicarla formación de su función de transferencia en forma lineal. Por lo tanto, antes de implementar los acondicionadores de señal apropiados en la infraestructura, se debe considerar su estructura interna para el esquema de procesamiento de señal aplicado.
Transductores de medida
Otra categoría común de soluciones son los transductores. ¿Cuáles son sus características? Un transductor de medida es un dispositivo que también se puede presentar en una gran cantidad de variedades. Lo que une a estos dispositivos es su capacidad para medir y transformar ciertas cantidades.
Es común considerar el esquema de operación de los dispositivos de medición del tipo correspondiente, en el que la señal se procesa en varias etapas. Primero, el convertidor lo recibe, luego lo transforma en un valor que se puede medir, luego lo transforma en energía útil. Por ejemplo, si se utiliza un transductor de corriente de medición analógico, la energía eléctrica se transforma en energía mecánica.
Por supuesto, los mecanismos específicos para la aplicación de soluciones apropiadas se pueden presentar en una gama extremadamente amplia. El uso de transformaciones de medidas con fines científicos como parte de la infraestructura para realizar experimentos e investigaciones está muy extendido. Lo que une a la mayoría de los transductores de medición es su adaptabilidad, en primer lugar, para trabajar con el uso de características normalizadas al procesar o transformar una señal. PuedenTenga en cuenta que es posible que estas especificaciones no siempre estén destinadas al usuario final del inversor. Su activación en muchos casos se realiza de forma oculta. Una persona, utilizando convertidores de señal apropiados, recibe solo la señal requerida, adaptada para su uso en varios propósitos, en la salida.
Por lo tanto, estas soluciones, por regla general, no se utilizan como tipos de infraestructura independientes. Forman parte de dispositivos más complejos, por ejemplo, sistemas de automatización de medición en producción. Los transductores de medición se clasifican con mayor frecuencia en 2 grupos principales: primarios e intermedios. Será útil considerar los detalles de ambos.
Clasificación de los transductores de medida: soluciones primarias e intermedias
Los dispositivos que pertenecen a la categoría de primario, por regla general, se utilizan como sensores. Es decir, son convertidores sobre los que actúa directamente uno u otro valor medido. El resto de dispositivos se clasifican como intermedios. Se colocan en la infraestructura de medida inmediatamente después de los primeros y pueden ser responsables de un gran número de operaciones relacionadas con la transformación. ¿Qué operaciones específicas puede realizar un convertidor de nivel de señal del tipo correspondiente? Estos se conocen comúnmente como:
- medición de indicadores físicos para varias cantidades;
- varias transformaciones de escala;
- transformación de señales digitales en analógicas y viceversa;
- transformaciones funcionales.
Tenga en cuenta que unala clasificación puede considerarse condicional. Esto se debe principalmente al hecho de que se pueden ubicar varios transductores primarios en el mismo instrumento de medición. Otra razón para considerar condicional la clasificación discutida anteriormente es que en diferentes tipos de infraestructura, las mediciones pueden llevarse a cabo de acuerdo con principios disímiles.
Tubos intensificadores
Otro tipo de dispositivo popular en varios sectores de la economía es un tubo intensificador de imagen. Al igual que otros tipos de dispositivos discutidos anteriormente, se puede presentar en una amplia gama de diseños. Los convertidores electro-ópticos están unidos por un principio común de funcionamiento: implica la conversión de un objeto invisible, por ejemplo, iluminado por infrarrojos, ultravioleta o, por ejemplo, rayos X, en el espectro visible.
En este caso, la operación correspondiente, por regla general, se lleva a cabo en 2 etapas. En la primera etapa, la radiación invisible es recibida por un fotocátodo, luego de lo cual se transforma en señales electrónicas. Los cuales ya están en la segunda etapa convertidos en una imagen visible y mostrada en la pantalla. Si se trata de un monitor de computadora, entonces la señal se puede convertir previamente a un código digital.
Los tubos intensificadores son soluciones que tradicionalmente se clasifican en varias generaciones. Los dispositivos relacionados con el primero incluyen un matraz de vacío de vidrio. Contiene un fotocátodo y un ánodo. Entre ellos se forma una diferencia de potencial. Al solicitarUn convertidor de voltaje óptimo en su interior forma una lente electrónica capaz de enfocar los flujos de electrones.
Los transductores de segunda generación tienen módulos de aceleración de electrones, lo que mejora el brillo de la imagen. Los dispositivos de tercera generación utilizan materiales que permiten aumentar en más de 3 veces la sensibilidad del fotocátodo como componente clave del convertidor electrón-óptico.
Características de los transductores resistivos
Otro tipo común de dispositivo son los transductores resistivos. Considere sus características con más detalle.
Estos transductores están adaptados para cambiar su propia resistencia eléctrica bajo la influencia de una u otra cantidad medida. También pueden corregir el movimiento angular y lineal. En la mayoría de los casos, estos convertidores se incluyen en sistemas de automatización con sensores de presión, temperatura, nivel de iluminación y medición de la intensidad de varios tipos de radiación. Principales ventajas de los transductores resistivos:
- fiabilidad;
- no hay relación entre la precisión de las mediciones y la estabilidad de la tensión de alimentación.
Hay una gran cantidad de variedades de dispositivos relacionados. Entre los más populares se encuentran los sensores de temperatura. Estudiemos sus características.
Sensores de temperatura resistivos
Estos convertidores de señal tienen componentes que son sensibles a los cambios en la temperatura ambiente. Si aumenta, entonces su resistencia puede aumentar. Estos dispositivos se caracterizan principalmente por una precisión muy alta. En algunos casos, permiten cambiar la temperatura con una precisión de unos 0,026 grados centígrados. Estos dispositivos contienen elementos hechos de platino; en este caso, el coeficiente de resistencia será más bajo o cobre.
El uso de sensores resistivos se caracteriza por una serie de matices. Por lo tanto, debe tenerse en cuenta que valores más altos de la corriente de excitación suministrada al sensor aumentan su sensibilidad a la temperatura, pero, al mismo tiempo, calientan los elementos del convertidor correspondiente. Esto en muchos casos provoca una disminución en su precisión. Por lo tanto, se recomienda garantizar un rendimiento óptimo de la corriente de excitación, teniendo en cuenta las condiciones de medición específicas. El cálculo puede tomar, por ejemplo, la conductividad térmica del medio en el que se utiliza el sensor: aire o agua. Como regla general, los indicadores recomendados para las corrientes de excitación los establecen los fabricantes de sensores del tipo correspondiente. Sin embargo, pueden variar significativamente según los metales utilizados en el diseño de los dispositivos. Además, al usar los sensores en cuestión, es necesario tener en cuenta un indicador como el valor límite de la corriente de funcionamiento. Por lo general, también lo determina el fabricante.
Los sensores resistivos se encuentran entre los tipos de transductores más comunes en el hogar. Esto se debe en gran parte a las importantes ventajas tecnológicas de muchas de sus variedades. Por ejemplo, sihable sobre termistores: se caracterizan por su alta sensibilidad, compacidad y bajo peso. El tipo apropiado de sensores se puede utilizar para medir la temperatura del aire en diversas condiciones. Su producción en la mayoría de los casos no implica costos significativos. Es cierto que los termistores también tienen desventajas: en primer lugar, se trata de un alto grado de no linealidad, por lo que se pueden usar en la práctica en rangos de temperatura bastante estrechos.
El tipo correspondiente de convertidores de señal (sus tipos y finalidades se pueden determinar sobre la base de diferentes criterios de clasificación) se utilizan ampliamente en la vida cotidiana. Por ejemplo, es común incluir sensores de temperatura que contengan elementos de platino y cobre en su composición:
- infraestructura de calefacción - para medir la temperatura del refrigerante en ciertas partes del equipo, así como en la habitación calentada;
- lavadoras - para medir la temperatura del agua y ajustarla a varios programas de lavado;
- planchas: de manera similar para garantizar la temperatura de planchado óptima dentro de un modo particular de operación;
- estufas eléctricas, así como otros tipos de equipos para cocinar - también para garantizar su funcionamiento cuando ciertos modos de usuario están activados.
Convertidores de reóstato
Otro tipo popular de dispositivos resistivos son los convertidores de reóstato. Su principio de funcionamiento se basa en la medida de la resistencia eléctricade uno u otro conductor bajo la influencia del desplazamiento de entrada. En la práctica, este transductor incluye elementos que están adaptados para moverse debido a la influencia del valor medido. En la mayoría de los casos, los dispositivos en cuestión se incluyen en divisores de voltaje o se usan como un elemento integral de puentes de medición.
Si hablamos de las ventajas que caracterizan a los convertidores de reóstato, estas incluyen:
- sin efecto reactivo en los componentes móviles;
- alta eficiencia;
- dimensiones pequeñas, capacidad de uso en infraestructuras que funcionan con corriente continua y alterna.
Al mismo tiempo, los convertidores resistivos del tipo correspondiente no siempre son confiables y en muchos casos requieren importantes recursos de la empresa para mantener la funcionalidad.
