Перетворювачі аналогових сигналів

Ана́лого-цифрови́й перетво́рювач, АЦП (англ. Analog-to-digital converter, ADC) — пристрій, що перетворює вхідний аналоговий сигнал в дискретний код (цифровий сигнал), який кількісно характеризує амплітуду вхідного сигналу. Зворотне перетворення здійснюється за допомогою цифро-аналогового перетворювача (ЦАП).

Як правило, АЦП — електронний пристрій, що перетворює електричну напругу в двійковий цифровий код. Проте, деякі неелектронні пристрої, такі як перетворювач кут-код, слід також відносити до АЦП.

Лінійні АЦП[ред. • ред. код]

Більшість АЦП вважаються лінійними, хоча аналого-цифрове перетворення по суті є нелінійним процесом (оскільки операція перетворення безперервного простору в дискретне — операція необоротна і, отже, нелінійна). Термін лінійний стосовно АЦП означає, що діапазон вхідних значень, що відображається на вихідне цифрове значення, зв'язаний за лінійним законом з цим вихідним значенням, тобто вихідне значення k досягається при діапазоні вхідних значень від

m (k + b)

до

m (k + 1 + b)

де m і b — деякі константи. Константа b, як правило, має значення 0 або −0.5. Якщо b = 0, АЦП називають mid-rise, якщо ж b = −0.5, то АЦП називають mid-tread.

Нелінійні АЦП[ред. • ред. код]

Якби густина ймовірності амплітуди вхідного сигналу мала рівномірний розподіл, те співвідношення сигнал/шум (стосовно шуму квантування) було б максимально можливим. З цієї причини зазвичай перед квантуванням за амплітудою сигнал пропускають через безінерційний перетворювач, передавальна функція якого повторює функцію розподілу самого сигналу. Це покращує достовірність передачі сигналу, оскільки найважливіші області амплітуди сигналу квантуються з кращою розрядністю. Відповідно, при цифро-аналоговому перетворенні потрібно буде обробити сигнал функцією, зворотною функції розподілу початкового сигналу.

Це той же принцип, що і використовуваний в компандерах, які застосовуються у магнітофонах і різних комунікаційних системах, він направлений на максимізацію ентропії.

Наприклад, голосовий сигнал має лапласовий розподіл амплітуди. Це означає, що близько нуля, амплітуда несе більше інформації, аніж в області з більшою амплітудою. З цієї причини логарифмічні АЦП часто застосовуються в системах передачі голосу для збільшення динамічного діапазону значень, що передаються без зміни якості передачі сигналу в області малих амплітуд.

8-бітові логарифмічні АЦП з а-законом або μ-законом забезпечують широкий динамічний діапазон і мають високий дозвіл в найкритичнішому діапазоні малих амплітуд; лінійний АЦП з подібною якістю передачі повинен був би мати розрядність близько 12 біт.

Акти́вний фі́льтр — один з видів аналогових електронних фільтрів, в якому присутній один або декілька активних компонентів, наприклад транзистор або операційний підсилювач.

У активних фільтрах використовується принцип відділення елементів фільтру від решти електронних компонентів схеми. Часто буває необхідно, щоб вони не впливали на роботу фільтру.

Існує декілька різних типів активних фільтрів, деякі з яких також мають і пасивну форму:

· Фільтр високих частот — не пропускає частоти нижче за частоту зрізу.

· Фільтр низьких частот —не пропускає частоти вище за частоту зрізу.

· Смуговий фільтр — не пропускає частоти вище і нижче за деяку смугу.

· Режекторний фільтр — не пропускає певну обмежену смугу частот.

Суматор складається з окремих схем, які називаються однорозрядними суматорами; вони виконують усі дії з додавання значень однойменних розрядів двох чисел (операндів). Суматори класифікують за такими ознаками:

· способом додавання — паралельні, послідовні та паралельно-послідовні;

· кількістю вхідних клем — напівсуматори, однорозрядні або багаторозрядні суматори;

· організацією зберігання результату додавання — комбінаційні, накопичувальні, комбіновані;

· системою числення — позиційні (двійкові, двійково-десяткові, трійкові) та непозиційні, наприклад, у системі залишкових класів;

· розрядністю (довжиною) операндів — 8-, 16-, 32-, 64-розрядні;

· способом подання від'ємних чисел — в оберненому або доповнювальному кодах, а також їх модифікаціях;

· часом додавання — синхронні та асинхронні.

Компаратор (англ. comparator, нім. Komparator m) – це елемент порівняння, який широко використовується в системах контролю та автоматичного керування. Компаратори відносяться до елементів імпульсної техніки. ^[1] Компаратор, виконаний на базі операційного підсилювача (ОП), порівнює вимірювану напругу U_вх, яка подається на один із входів (переважно на інвертувальний), із опорною напругою (наперед заданою) U_оп, яка подана на інший вхід. Опорна напруга є незмінною в часі, додатньої чи від'ємної полярності, а вхідна напруга — змінюється. Коли U_вх=U_оп вихідна напруга ОП змінює свій знак на протилежний (з U⁺_{вих.макс} на U^-_{вих.макс} чи навпаки). Тому компаратор має ще назву «нуль-орган», оскільки зміна полярності вихідної напруги (перемикання) відбувається за умови, що u_вх- U_оп=0, де U_оп — задана напруга.

Тригерами ( trigger або flip - flop) (тригерними пристроями, системами) називають великий клас електронних пристроїв, що володіють двома і більше стійкими станами електричної рівноваги, здатних під дією зовнішніх (керуючих, перемикаючих) сигналів перемикатися в будь-яке з цих станів і перебувати в них як завгодно довго після припинення їх дії. Стан тригера - це значення, яке в ньому зберігається в даний час.

генераторні пристрої

Генератор (рос. генератор, англ. generator, нім. Generator m) — пристрій, апарат чи машина, що виробляє якийсь продукт (газ, лід тощо), електричну енергію (генератор електромашинний, радіосигналів тощо), створюють електричні, електромагнітні, світлові або звукові сигнали — коливання, імпульси (наприклад, ламповий, магнетронний, квантовий, ультразвуковий генератор).

Інша назва генератора — давач.

Блокінг-генератор (однотактний) – це, як правило, однокаскадний підсилювач із трансформаторним позитивним зворотним зв'язком, який призначений для генерування потужних прямокутних імпульсів з дуже великою щілинністю (від одиниць до десятків тисяч) і три-валістю від часток мікросекунди до часток мілісекунди.

Використання трансформатора дозволяє вводити допоміжні вихід-ні обмотки і отримати напругу вихідного імпульсу, що значно пере­вищує напругу живлення схеми.

Блокінг-генератор, як і мультивібратор, може працювати в автоко­ливальному режимі, чекаючому режимі та режимі синхронізації.

Розрізняють генератори із зовнішнім збудженням, генерують коливання під впливом дії зовнішніх синхронизирующих і імпульсів, що запускають (це по суті справи резонансні підсилювачі потужності, що працюють у нелінійному режимі), і генератори з самозбудженням (або автогенератори), початківці працювати з моменту включення живлення.
Автогенератори є джерелами високочастотних коливань в радіопередавачах, входять до складу різної вимірювальної апаратури і пристроїв автоматики, використовуються як джерела коливань гетеродина в радіоприймачах, як джерело НВЧ коливань в мікрохвильових печах та установках індукційного нагріву в обладнанні ЕП. Найпростішим методом формування гармонійних коливань є метод компенсації втрат в LC-коливальному контурі за допомогою підсилювача. Для цього підсилювач потрібно охопити зворотним зв'язком, що компенсує ці втрати (рис. 1). Автогенератор гармонійних коливань можна утворити шляхом підключення до підсилювача ланцюга позитивного зворотного зв'язку, дія якої повинна забезпечити подачу на вхід підсилювача сигналу з амплітудою не нижче амплітуди первинного сигналу і зі зсувом фаз, рівним нулю.

Рис. 1. Принцип побудови генератора на основі підсилювача позитивним зворотним зв'язком

силова електроніка

Ви́прямлення — перетворення змінного струму у постійний. Для випрямлення використовуються електричні пристрої, які пропускають струм тільки в одному напрямку — вентилі або діоди.

Випрямляч електричної енергії — механічний, електровакуумний, напівпровідниковий або інший пристрій, призначений для перетворення змінного вхідного електричного струму в постійний вихідний електричний струм.

Пристрій, що виконує зворотну функцію — перетворення постійних напруги і струму в змінні напругу і струм — називається інвертором. За принципом оборотності електричних машин випрямляч і інвертор є двома різновидами однієї і тієї ж електричної машини (справедливо тільки для інвертора на базі електричної машини — двомашинного агрегату).

Схеми випрямлячів трифазного струму застосовують в основному для живлення споживачів середньої і великої потужності. Первинна обмотка трансформатора таких випрямлячів складається з трьох фаз, які з'єднані або зіркою, або трикутником. Вторинні обмотки трансформатора (їх може бути декілька) також є трифазними.

Випрямлячі трифазного струму рівномірно навантажують мережу трифазного струму і характеризуються високим коефіцієнтом використання трансформатора.

Мультивібра́тор — релаксаційний генератор електричних коливань прямокутного типу. Термін запропонований голландським фізиком ван дер Полем, тому що в спектрі мультивібратора є багато гармонік — на відміну від генератора синусоїдальних коливань («моновібратора»).