АНАЛОГОВЫЕ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА.
Несмотря на все достижения цифровой вычислительной техники, в ряде случаев оказывается рационально производить математические вычисления с аналоговыми сигналами в аналоговом виде. Особенно если в окончательном виде необходимо получить результат в виде аналогового сигнала. Вычислительное устройство в этом случае получается намного проще цифрового и намного более быстродействующее. В аналоговом виде можно совершать все основные арифметические операции, операции логарифмирования и антилогарифмирования, дифференцирования и интегрирования и решение систем линейных дифференциальных уравнений. До
133
того, как появились цифровые вычислительные устройства, в научных исследованиях широко использовались аналоговые вычислительные машины. Теперь их время кончилось, но при решении конкретных задач электроники все еще можно в ряде случаев с успехом использовать аналоговые методы вычислений. Погрешность вычислений в аналоговом виде обычно не превышает 1% и результат получается за время порядка 1 микросекунды. Хотя точность получается намного хуже, чем при цифровых методах вычислений, но все же может оказаться приемлемой. Зато по быстродействию аналоговые вычислительные устройства могут иметь преимущество перед цифровыми. Рассмотрим некоторые методы аналоговой вычислительной техники.
Рисунок 13.1
|
|
|
Операции сложения и вычитания.Используется свойстваинвертирующего усилителя. На рисунке 13.1 показана схема сложения – вычитания нескольких сигналов. Принцип действия схемы заключается в том, что если усилитель работает в линейном режиме, тогда потенциал инвертирующего входа будет очень мал, так как выходной сигнал ограничен по величине, а коэффициент усиления по напряжению операционного усилителя очень велик. На инвертирующем входе образуется, как говорят, «виртуальная земля». Поэтому на инвертирующем входе суммируются токи от всех источников и затем они проходят через сопротивление обратной связи и создают на нем падение напряжения равное сумме, с обратным знаком, всех поданных сигналов если все резисторы в схеме имеют одинаковое
134
сопротивление, как это показано на схеме. Если сопротивление резисторов сделать не разными, тогда на выходе получится линейная комбинация сигналов. Для вычитания сигнала, его нужно подать на вход схемы с другим знаком. Так что если нужно из одного сигнала вычесть другой, нужно использовать два операционных усилителя. Один из них для инвертирования того сигнала, который нужно вычесть. В качестве вычитающего устройства можно рекомендовать схему на одном операционном усилителе, показанную на рисунке 13.2. Если все резисторы одинаковы, тогда происходит простое
|
|
|
Рисунок 13.2
вычитание, если неодинаковы - тогда вычитание происходит с усилением или ослаблением. Погрешность рассмотренных суммирующих или вычитающих схем в значительной мере определяется отклонением сопротивлений используемых резисторов от необходимых номиналов. Имеются высокоточные резисторы с погрешностью 0,05%. Можно применять уточняющие подстроечные резисторы. Иногда нужное сопротивление можно получить из двух или трех резисторов. Некоторую погрешность может внести наличие напряжения смещения операционных усилителей. При соблюдении всех необходимых мер можно получить погрешность рассмотренной математической операции на уровне 0,1 %. Время, в течение которого все переходные процессы после изменения входных сигналов установятся и выходное напряжение примет правильное значение, определяется
135
быстродействием применяемых операционных усилителей и может быть порядка 0,1-1 мкс.
Электронные интеграторы и дифференциаторыявляются линейнымиустройствами и их схема более простая, по сравнению со схемами для других математических операций. Схема дифференциатора показана на рисунке 13.3.
|
|
|
Рисунок 13.3
Как и в предыдущей схеме, на инвертирующем входе операционного усилителя образуется виртуальная земля, поэтому через конденсатор будет течь
ток перезарядки J1 C dUdt1 . Этот ток, протекая по резистору, создаст на нем падение напряжения, являющееся выходным сигналом, U2 RJ1 RC dUdt1 . Знак минус получился из-за того, что ток J1 является током вытекающим.
Дата добавления: 2018-02-18; просмотров: 661; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!