Электронная лаборатория на IBM PC



         

4.2. Универсальные функциональные преобразователи


Функциональными преобразователями или нелинейными решающими блоками называют устройства, воспроизводящие заданные нелинейные функции одного или нескольких аргументов. Кроме моделирующих устройств, они применяются для линеаризации датчиков (см. разд. 10.2) и в качестве корректирующих звеньев в автоматических системах управления для улучшения их динамических характеристик [29,65].

Функциональные преобразователи разделяются на универсальные и специализированные. Универсальные преобразователи позволяют с помощью одного устройства воспроизводить различные функциональные зависимости. Специализированные же преобразователи используются, как правило, для воспроизведения только одной определенной зависимости. Примерами специализированных преобразователей могут служить устройства, использующие квадратичные или логарифмические участки вольтамперных характеристик электронных приборов и т.п. К ним относятся также устройства для деления и перемножения сигналов, возведения в степень, имитаторы нелинейности звеньев автоматических систем управления.

При формировании нелинейной зависимости используется ступенчатая или кусочно-линейная аппроксимация. При этом исходные данные задаются в виде аналитической зависимости, которая при реализации может быть расчленена на элементарные математические операции; в виде графической зависимости; в виде семейства кривых, записанных каким-либо способом, а также в виде таблиц с указанием способа интерполяции между заданными точками.

Различают преобразователи разомкнутого и компенсационного (следящего) типа. Основные требования, предъявляемые к функциональным преобразователям, заключаются в следующем [29].

1. Функциональное преобразование должно выполняться над входными величинами, заданными в виде напряжений постоянного тока в диапазоне значений, допускаемых для используемых при этом операционных усилителей.

2. Входное сопротивление функционального преобразователя не должно быть ниже 10...50 кОм, выходное — не выше 10...20 Ом. Функциональный преобразователь должен обладать также достаточной выходной мощностью для удобства сопряжения с другими элементами.

3. Воспроизведение заданной функции должно быть выполнено с точностью не ниже 1...2% от полной шкалы.

4. Уровень шумов в выходном напряжении (постоянного тока) не должно превышать 5...10 мВ.

5. Функциональные преобразователи должны воспроизводить однозначные и неоднозначные нелинейные зависимости, а также нелинейные зависимости, приводимые к элементарным функциям и полученные в результате эксперимента.

6. Обеспечение возможности воспроизведения нелинейных зависимостей с малым и большим значением первой производной, а также немонотонных функций с большим числом экстремумов.

Из электронных функциональных преобразователей наибольшее распространение получили диодные преобразователи. Они представляют собой в большинстве случаев параметрические устройства, использующие кусочно-линейную аппроксимацию заданной функции.

Диодные функциональные преобразователи делятся на две группы. Первая группа представляет собой делители напряжения с переменным коэффициентом деления, вторая — решающие усилители с переменным коэффициентом передачи.

Схема преобразователя первой группы показана на рис. 14.5, а. Она содержит два одинаковых плеча, одно из которых (левое) формирует синтезируемую функцию в первом квадранте, а второе (правое) — в третьем. Каждое плечо схемы (далее используются обозначения только для левого плеча) содержит делитель опорного напряжения Uop на резисторах R01 — R04, три диода VD1...VD3 с последовательно включенными резисторами R1...R3. Выходной сигнал преобразователя Uo подается на вход канала А осциллографа, а входной Ui — на вход канала В и вход преобразователя. В качестве источника входного (испытательного) сигнала используется функциональный генератор, режимы работы которого показаны на рис. 14.5, а.

PACK5415.jpg




Содержание  Назад  Вперед