Передача сигнала напряжением

Выбор носителя сигнала: напряжение или ток

Выбор носителя сигнала для передачи измерительных данных от датчика к компьютеру зависит от нескольких факторов. Наиболее существенное соображение, которое следует принимать во внимание, – сигнал должен быть по возможности малочувствителен к электрическим возмущениям.

Каждый проводник обладает определённым погонным сопротивлением. Если входной импеданс последнего элемента в цепи – устройства обработки сигнала – не бесконечность, то по кабелю будет протекать ток и в результате произойдёт падение напряжения, что приведёт к искажению измеряемого сигнала. Вдобавок сопротивление проводов будет изменяться в зависимости от температуры окружающей среды.

Поскольку измеряемый сигнал изменяется во времени, то необходимо учитывать искажения, которые могут быть внесены в передаваемый сигнал из-за динамических характеристик сигнальных проводов. Любая пара проводов представляет собой распределённую ёмкость, поэтому эквивалентная схема замещения электрической цепи передачи сигнала выглядит следующим образом (рис. 7, а). Изменение напряжения U, измеряемое приёмником сигнала равно падению напряжения на распределённой ёмкости проводов С_пр:

Ток I(p) в цепи определяется по закону Ома как ЭДС датчика отнесённый к полному сопротивлению проводов,

следовательно, подставив можем записать

Рис. 7. Эквивалентная схема замещения электрической цепи передачи сигнала (а) и переходный процесс в цепи (б)

Полученное выражение описывает динамику апериодического звена первого порядка, которое является фильтром низких частот (рис. 7, б). Т.е. искажения, вносимые в передаваемый сигнал линией связи, будут тем больше, чем выше частота его изменения.

Требование, чтобы устройства обработки имели высокий входной импеданс, приводит к тому, что они очень чувствительны к помехам, поскольку даже незначительное изменение тока в измерительной цепи приводит заметному изменению падения напряжения на входном сопротивлении приёмника. Следовательно, напряжение не слишком пригодно для передачи данных в случаях, когда могут быть заметные помехи.

Главная причина популярности напряжения для передачи сигналов – это, с одной стороны, присущая этому методу простота, а с другой – широкая доступность устройств для усиления, фильтрации и других видов обработки. Например, если необходимо, чтобы один и тот же сигнал поступил на вход нескольких схем, достаточно соединить эти схемы параллельно (с учётом входного импеданса). Несмотря на это, напряжение не очень часто используется в промышленных системах, поскольку сигналы в них должны передаваться на большие расстояния и влияние источников помех может стать значительным.

Наиболее важные уровни сигналов напряжения стандартизированные Международной Электротехнической Комиссией (МЭК, International Electrotechnical Commission – IEC) в стандарте МЭК 381: +1 … +5 В; 0 … +5 В; 0 … +10 В; –10 … +10 В.

Дата добавления: 2015-05-10