Функциональные преобразователи с нелинейным коэффициентом усиления
Схемы на ОУ с нелинейным коэффициентом усиления имеют широкое применение. Такие схемы уже знакомы:
1. Компаратор с характеристикой вход-выход, показанной на рис.1.29;
2. Триггер Шмидта, имеющий характеристику, показанную на рис.1.30.
 |
Рис.1.29 Рис.1.30
Из рис. 1.29,1.30 видно, что коэффициент усиления, в зависимости от Uвх имеет различные значения: К=0, К=¥.
Здесь мы рассмотрим функциональные преобразователи, коэффициент усиления которых изменяется при изменении входного сигнала и может принимать множество различных значений. Функциональные преобразователи могут применяться для моделирования различных зависимостей или для линеаризации контуров систем регулирования. Например, с помощью функционального преобразователя можно создать модель кривой намагничивания электрической машины постоянного тока. Включив функциональный преобразователь на входе нелинейного устройства можно получить общую линейную характеристику вход-выход, т.е. линеаризовать систему. Как известно, настройка линейной системы регулирования сохраняется постоянной во всех возможных рабочих точках, что является ее достоинством.
В качестве примера линеаризации устройства можно взять однофазный тиристорный полууправляемый мостовой преобразователь. Его выпрямленное напряжение определяется выражением:
. (1.32)
При пилообразном опорном напряжении системы импульсно-фазового управления угол управления a связан с сигналом управления Uу зависимостью:
, (1.33)
где Uум - максимальное значение сигнала управления, обычно равное амплитуде пилообразного напряжения.
Тогда зависимость Ud=f(Uу) будет иметь вид:
. (1.34)
 |
Она показана на рис.1.31.
Рис. 1.31
Если на входе преобразователя включить функциональный преобразователь с характеристикой
, (1.35)
где Uвх - входное напряжение функционального преобразователя, Uвм - его максимальное значение, то общая характеристика тиристорного преобразователя будет линейной. Действительно, в этом случае
. (1.36)
 |
Это уравнение прямой, показанной на рис.1.32.
Рис.1.32
Чтобы получить заданную функцию, моделируют ее кусочно-линейную апроксимацию, причем число отрезков зависит от требуемой точности. Для моделирования используют комбинации сопротивлений и диодов (рис. 1.33), включаемые на входе операционного усилителя. Входной ток усилителя можно определить методом наложения на основе двух схем замещения (рис. 1.34).
 |
Рис. 1.33
 |
Рис. 1.34
;
;
;
Тогда 
, (1.37)
где Uвх - входное напряжение функционального преобразователя; Uэ - эталонное напряжение.
Ток Iв протекает только тогда, когда UVD³0; 
³0;
UвхR1+UвхR2-UвхR1-UэR1³0,
откуда Uвх³UэR1/R2. (1.38)
 |
Рис. 1.35
Граничное напряжение Uгр=UэR1/R2 определяет точку излома и регулируется изменением соотношения R1/R2. Крутизна характеристики (рис. 1.35) определяется по формуле
. (1.39)
Крутизну можно изменять с помощью сопротивления Rв.
Аналогичные результаты получаются в случае, когда вместо Uвх включается инверсный сигнал -Uвх.
 |
Рис. 1.36
Различные схемы соединения элементов и их характеристики показаны на рис.1.36. Комбинируя такие схемы, можно получить кусочно-линейную характеристику для суммарного входного тока усилителя. Чтобы выбрать необходимую схему, следует прежде всего по имеющейся функции выяснить характер соответствующей ломаной линии, а за тем определить точки излома отдельных участков и их крутизну. Отдельные токи суммируются на входе усилителя и определяют выходное напряжение.
Иногда для аппроксимации используется упрощенная цепь, содержащая резисторы и пороговый элемент (стабилитрон, набор стабилитронов или диодов). При этом источник эталонного напряжения Uэ не используется. Схема подобной цепи показана на рис.1.37.
 |
Рис. 1.37
Здесь стабилитрон VD имеет пороговое напряжение, равное напряжению стабилизации Uст. Пока напряжение Uo незначительно, ток Io определяется выражением
. (1.40)
При увеличении Uo увеличивается Io и падение напряжения на R2. Когда последнее достигает напряжения стабилизации, ток Io будет равен:
. (1.41)
Он уже не зависит от резистора R2. Крутизна характеристики в этом случае:
. (1.42)
Подобные упрощенные цепи можно включить как в продольную, так и в поперечную ветви входного сопротивления усилителя, а также в цепь обратной связи.
Дата добавления: 2019-02-26; просмотров: 294; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!