Οι μετατροπείς είναι ηλεκτρικές ή ηλεκτρονικές συσκευές που μετατρέπουν ενέργεια από τη μια μορφή στην άλλη. Για παράδειγμα, ένα στερεοφωνικό ηχείο μετατρέπει τα ηλεκτρικά σήματα της ηχογραφημένης μουσικής σε ήχο. Πολλοί άνθρωποι πιστεύουν ότι ένας μετατροπέας είναι μια περίπλοκη, τεχνική συσκευή που έχει σχεδιαστεί για τη συλλογή ή τη μεταφορά πληροφοριών. Στην πραγματικότητα, ωστόσο, οτιδήποτε μετατρέπει ενέργεια μπορεί να θεωρηθεί μετατροπέας.
Αισθητήρες και ενεργοποιητές
Υπάρχουν πολλοί διαφορετικοί τύποι μετατροπέων, αλλά στην πιο βασική τους μορφή, μπορούν να χωριστούν σε δύο ομάδες: είσοδος (αισθητήρας) και έξοδος (ενεργοποιητής). Οι μετατροπείς εισόδου παίρνουν κάποιο είδος φυσικής ενέργειας – όπως ηχητικά κύματα, θερμοκρασία ή πίεση – και τη μετατρέπουν σε σήμα που μπορεί να διαβαστεί. Ένα μικρόφωνο, για παράδειγμα, μετατρέπει τα ηχητικά κύματα που χτυπούν το διάφραγμά του σε ηλεκτρικό σήμα που μπορεί να μεταδοθεί μέσω καλωδίων. Ένας αισθητήρας πίεσης μετατρέπει τη φυσική δύναμη που ασκείται σε αυτόν σε αριθμό ή ένδειξη που μπορεί να γίνει εύκολα κατανοητή.
Οι ενεργοποιητές λαμβάνουν ένα ηλεκτρονικό σήμα και το μετατρέπουν σε φυσική ενέργεια. Ένα στερεοφωνικό ηχείο λειτουργεί μετατρέποντας το ηλεκτρονικό σήμα μιας εγγραφής σε φυσικά ηχητικά κύματα. Οι ηλεκτρικοί κινητήρες είναι μια άλλη κοινή μορφή ηλεκτρομηχανικού μορφοτροπέα, που μετατρέπει την ηλεκτρική ενέργεια σε μηχανική ενέργεια για την εκτέλεση μιας εργασίας.
Συνδυαστικοί μετατροπείς
Πολλές συσκευές λειτουργούν συνδυάζοντας αισθητήρες και ενεργοποιητές για να μετατρέψουν την ενέργεια από τη μια μορφή στην άλλη και μετά να επιστρέψουν ξανά. Οι κασέτες ήχου, για παράδειγμα, δημιουργούνται χρησιμοποιώντας έναν μορφοτροπέα για να μετατρέψουν το ηλεκτρικό σήμα από την υποδοχή μικροφώνου – που μετέτρεψε τα ηχητικά κύματα σε ηλεκτρικό σήμα – σε μαγνητικές διακυμάνσεις στην κεφαλή της ταινίας. Αυτές οι μαγνητικές διακυμάνσεις στη συνέχεια διαβάζονται και μετατρέπονται από έναν άλλο μορφοτροπέα —στην περίπτωση αυτή, το στερεοφωνικό σύστημα— για να μετατραπεί ξανά σε ηλεκτρικό σήμα. Αυτό το σήμα τροφοδοτείται στη συνέχεια μέσω καλωδίου στα ηχεία, τα οποία μετατρέπουν το ηλεκτρικό σήμα ξανά σε ηχητικά κύματα.
Η απεικόνιση με υπερήχους λειτουργεί επίσης μετατρέποντας την ενέργεια πολλές φορές. Ένας πιεζοηλεκτρικός μετατροπέας χρησιμοποιείται για τη μετατροπή της ηλεκτρικής ενέργειας σε ηχητικά κύματα υψηλής συχνότητας (υπερήχους), τα οποία εστιάζονται από το μηχάνημα και στοχεύουν στους ιστούς του σώματος. Αυτά τα κύματα αναπηδούν πίσω στο μηχάνημα, όπου ένας μετατροπέας τα μετατρέπει ξανά σε ηλεκτρικά σήματα. Τα σήματα επεξεργάζονται και αποστέλλονται σε μια οθόνη για να παραχθεί μια εικόνα των ιστών του σώματος.
Άλλες καθημερινές εργασίες είναι δυνατές μέσω της χρήσης ενέργειας που μετασχηματίζεται πολλές φορές. Η ενεργοποίηση ενός ηλεκτρικού φωτός απαιτεί ηλεκτρική ενέργεια για να μετατραπεί σε ορατό φως. Ωστόσο, αυτή η ηλεκτρική ενέργεια έπρεπε πρώτα να παραχθεί. μια ηλεκτρική γεννήτρια είναι ένας τύπος μορφοτροπέα που μετατρέπει τη μηχανική (ή την κινητική) ενέργεια σε ηλεκτρική ενέργεια που μπορεί στη συνέχεια να χρησιμοποιηθεί από άλλες συσκευές.
Αποδοτικότητα
Όπως σε όλες τις μετατροπές ενέργειας, κάποια ενέργεια χάνεται όταν λειτουργούν οι μετατροπείς, αλλά ορισμένες είναι πιο αποδοτικές από άλλες. Μια κεραία ραδιοφώνου, η οποία μετατρέπει την ισχύ ραδιοσυχνοτήτων σε ηλεκτρομαγνητικό πεδίο, είναι ένα παράδειγμα αποτελεσματικού μορφοτροπέα. Όταν η κεραία λειτουργεί καλά, αυτή η διαδικασία μπορεί να είναι περισσότερο από 80% αποτελεσματική. Οι περισσότεροι ηλεκτρικοί κινητήρες, αντίθετα, είναι λιγότερο από 50% αποδοτικοί, ενώ οι κανονικοί λαμπτήρες πυρακτώσεως, λόγω της ποσότητας ενέργειας που χάνεται ως θερμότητα, είναι λιγότερο από 10% αποδοτικοί.