Файл: Маграчев З.В. Аналоговые измерительные преобразователи одиночных сигналов.pdf

амплитуды импульсов (Л. 64, 65]. Основным недостатком реализации такого алгоритма с помощью рассмотренных выше диодно-конденсаторных преобразователей являет­ ся то, что с увеличением постоянной времени при диф­ ференцировании импульсов малой амплитуды (вследст­ вие нелинейности вольт-амперной характеристики диода)

Рис. 3-7. Блок-схема дифференциально-интеграль­ ного преобразователя.

а— обобщенная; б — функциональная.

ис уменьшением длительности сигналов погрешность операций дифференцирования, а следовательно и инте­

грирования, возрастает.

Действительно, если учесть погрешность дифференци­ рования из-за конечного активного сопротивления ЛСцепи, то выражение (3-22) преобразуется к виду

При интегрировании этого тока на емкости преобра­ зователя в соответствии с оператором (3-21) получим выражение

*т

t/c(fm)=£/m- j dUndtX{t) dt,

о

второй член которого представляет абсолютную погреш­ ность преобразования, из-за несовершенства дифферен­ цирующей цепи численно равную импульсному напряже­ нию на активном сопротивлении цепи, а в нашем случае остаточному напряжению на диодном вентиле в момент t= t-im Un(tm) •

69

Можно показать также, что полученное выше выра­ жение легко преобразуется к виду

которого видно, что относительная погрешность преобра­ зования в реальной цепи существенно зависит от соотно­ шения между постоянной времени дифференцирования Тдиф = С-/?д([У) и длительностью фронта входного импуль­ са '/ф.ц. Как было показано ранее, указанные погрешнос­ ти в области малых амплитуд и длительностей импуль­ сов имеют значительную величину, что объясняется, если использовать принятый выше операционный подход, трудностью совмещения в одной цепи двух функциональ­

В (Л. 56] описан дифференциально-интегральный преоб­ разователь, в котором операции дифференцирования и интегрирования входного сигнала функционально разде­ лены, что в значительной мере устраняет отмеченные не­ достатки. Это достигается использованием коммутации тока через диод от источника с большим внутренним со­ противлением, в результате чего влияние нелинейности вольт-амперной характеристики диода существенно ослабляется.

Блок-схема, поясняющая принцип дифференциально­ интегрального преобразования сигнала, приведена на рис. 3-7,6. Входной сигнал дифференцируется на диффе­ ренцирующей цепочке ДЦ. От генератора тока ГТ то­ ком, пропорциональным производной входного сигнала, через диод Д заряжается интегрирующий конденсатор Синт. После спада входного сигнала интегрирующий конденсатор разряжается через разрядное устройство ,РУ, образуя расширенный сигнал, поступающий через разделительный каскад РК на выход преобразователя. Поскольку для диода функция передачи коммутируемо­ го импульса тока линейна, его сопротивление и нелиней­ ность вольт-амперной характеристики мало влияют на погрешность бПзар и коэффициент передачи преобразова­ теля. Одновременно уменьшается влияние проходной емкости диода.

Так как конденсатор Сшт интегрирует импульс тока, напряжение на выходе преобразователя при идеальных

70

где М, а — коэффициенты передачи блоков ДЦ и ГТ. Если не учитывать инерционность элементов диффе­

Формула (3-23) справедлива в интервале [0, tm], где tm момент времени, при котором е (0 достигает макси­ мального значения. В этот момент импульс тока меняет полярность, зарядный диод закрывается и Сиит начинает разряжаться через РУ и входное сопротивление РК. При ■t=tm напряжение на Стп пропорционально Um и не за­ висит от характеристик диода и формы входного импульса:

вателя.

Благодаря этому принятая нами теоретическая мо­ дель преобразователя обладает весьма высоким быстро­ действием. Особенно ценным является возможность срав­ нительно простыми средствами обеспечить высокую ли­ нейность амплитудной характеристики, что позволяет по­ высить чувствительность преобразователя с сохранением его быстродействия. В этом отношении дифференциаль­ но-интегральный преобразователь имеет преимущество перед другими преобразователями. Преимуществом сле­ дует считать также возможность увеличения коэффи­ циентов расширения и преобразования.

Остановимся на погрешностях реальных преобразо­ вателей с дифференцирующей ЯС-цепыо. Доминирую­ щие погрешности возникают при изменении временных параметров импульса /и и /ф. Если учесть высокую ли­ нейность элементов преобразователя и при соответствую­ щем выборе пренебречь их инерционностью, то основны­ ми причинами возникновения погрешностей следует счи­ тать конечные значения постоянной времени #С-цепи, выходного сопротивления генератора тока и нагрузки.

В известных работах [Л. 56, 57] погрешность от определена недостаточно точно, а зависимость от

71

Рис. 3-8. Схема преобразователя,

а — упрощенная эквивалентная; б — принципиальная.

вообще не проанализирована. В связи с этим рассмотрим эти составляющие, используя упрощенную эквивалент­ ную схему преобразователя (рис. 3-8,а)'

Изображение тока, протекающего в дифференцирую­ щей цепи, равно:

Обычно выполняется условие Rn<^Rr.r, где Rr.т — вы­ ходное сопротивление генератора тока. Тогда, учитывая

Тццт^'Гдиф-

72

Ё случае прямоугольного Импульса, когда е(д) = 1, напряжение UBblx(t) описывается формулой

при М — Сдпф совпадает с (3-24). Отсюда следует извест­ ное положение [Л. 56], что при достаточно большой по­

на интегрирующем конденсаторе С Пнт запоминается мак­

Чтобы выявить зависимость UBblx от /ф, предположим, что на входе действует экспоненциально нарастающее напряжение, для которого

s(p)== (6р+ О *

В этом случае оригинал изображения (3-26) равен:

73