Как рассматривалось в статьях ранее электронные устройства не могут обрабатывать аналоговые сигналы. Они могут работать только с цифровым кодом представленным в какой – то системе счисления (двоичная, десятичная, шестнадцатеричная). Для того чтобы преобразовать аналоговый сигнал в цифровой используют аналого-цифровые преобразователи.
Преобразователи напряжения в число
Схема такого устройства приведена ниже:
Согласно схеме приведенной выше, напряжение, которое нужно изобразить числом, подается на один из входов компаратора К. На второй его вход приходит выходное напряжение с генератора ступенчатого напряжения ГСН.
После включения схемы оба эти напряжения создают на выходе компаратора сигнал, который отвечает нулю на выходе триггера Т. С появлением первой ступени с ГСН от него на триггер поступает тактовый сигнал, создающий разрешающую единицу на входе логического элемента Е. пока выходное напряжение ГСН меньше за Uвх (см. рис. выше), схема на этом задерживает свою работу, а очередь импульсов, что появляются на другом выходе ГСН, проходит через логический элемент Е к счетчику СЧ. Как только ступенчатое напряжение сравняется с Uвх, компаратор перейдет в противоположное состояние, что приведет к смене состояния триггера Т. При этом исчезнет разрешающая единица на входе Е и счетчик остановится, подсчитав столько импульсов, сколько ступенек будет иметь ГСН до той поры, пока последняя ступенька не сравняется с входным напряжением.
Преобразователь тока в число
Исследуемый ток пропускают через шунт или трансформатор тока, а дальше используют предыдущую схему, где ко входу подается напряжение пропорциональное току шунта или трансформатора тока.
Преобразователь интервала в число
Схема приведена ниже:
Из схемы мы можем увидеть, что импульсы с генератора импульсного напряжения ГИН будут проходить через логический элемент Е только в том случае, если на его втором входе будет единица. Она придет с триггера Т только после подачи на его вход импульса «НАЧАЛО». Счетчик СЧ при этом начинает подсчет. Остановится он только после подачи на вход следующего импульса «КОНЕЦ». При этом на выходе триггера единица сменится на ноль. Зная промежуток времени между импульсами ГИН, можно по количеству импульсов, пришедших к счетчику, получить длительность интервала времени между сигналами «НАЧАЛО» и «КОНЕЦ».
Преобразователь частоты в число
Если нужно преобразовать частоту, к примеру гармонических колебаний в число, нужно с помощью специального устройства получить импульсы, что создаются при переходе синусоиды через ноль (смотри рисунок ниже):
Далее определяют интервал времени между двумя такими импульсами с помощью предыдущей схемы, то есть определяют период колебаний. Обратное число и будет частотой.
Возможен и другой путь, которым пользуются чаще при преобразовании в число частоты слежения прямоугольных импульсов. Подавая их на нагрузку – емкость, получим на нем напряжение в виде отрезков экспонент (см. рис. выше). Среднее его значение будет соответствовать частоте слежения импульсов. Дальше уже это среднее значение превращается в число с учетом соответствующих масштабов.
А вот так будет выглядеть синусоида оцифрованная на цифровом устройстве:
а) аналоговый сигнал;
б) оцифрованная синусоида;
При желании можете посмотреть видео об АЦП и его применении:
