Файл: Основы автоматизации для металлургов..pdf

ходима для использования операционных усилителей, в блоках аналоговых вычислительных машин применяют отрицательное уси­ ление. Упрощенно можно сказать, что усилитель изменяет не только величину, но и «знак» подаваемого сигнала. В результате высокого коэффициента усиления операционного усилителя на входе его (после включения усилителя в блок аналоговой ЭВМ) имеется практически нулевое напряжение. Например, при усилении

альным» нулем усилителя. Другим важным требованием, предъяв­ ляемым к операционному усилителю, является требование, чтобы

Ч > - *

Рис. 146. Инвертор Рис. 147. Сумматор

При выполнении указанных требований можно с помощью элек­ трических обратных связей создать аналоговые вычислительные

Большое усиление, вследствие которого на входе усилителя по­ лучается виртуальный нуль, позволяет заменить уравнение (171) уравнением (173), в результате чего константа k будет зависеть только от величины присоединенных сопротивлений Ro и Ri и не будет зависеть (в определенных пределах) от остальных парамет­ ров усилителя (например, от частичных изменений усиления) и от нагрузки усилителя.

223

Уравнение (173) показывает, что выходное напряжение и0 прямо пропорционально входному напряжению, а коэффициент про­ порциональности k определяется отношением сопротивления обрат­ ной связи к сопротивлению на входе. Выходное напряжение имеет

вертора получают так называемый сумматор (рис. 147), позволяю­

ной связи операционного усилителя при сохранении входного со­

причем для тока, протекающего через конденсатор, справедливо выражение

і0 = С0 - dt -

После подстановки и исключения пренебрежимо малой вели­ чины ig получим

dt 0.

224

условие, определяемое напряжением на конденсаторе обратной связи во время t = 0.

При более подробном анализе можно показать, что выполнение

о—

Рис. 149. Д и ф ф е р е н ц и р у ю щ е е устройство

Интеграторы вместе с инверторами и сумматорами позволяют решать как отдельные линейные дифференциальные уравнения, так

исистему таких уравнений.

Ди ф ф е р е н ц и р у ю щ е е у с т р о й с т в о . Менее широко ис­ пользуемым в аналоговой вычислительной технике элементом яв­ ляется дифференцирующее устройство (рис. 149). У дифференци­ рующего устройства на входе усилителя подключен конденсатор; отрицательная обратная связь между входом и выходом усилителя реализуется с помощью сопротивления. Подстановкой в уравне­ ние (171) выражений для токов ц, і0 и ig получим

откуда

—г Г? d U t h d U i

И0 — c , / < o - r f j - — — Ä - r f j - .

Следует отметить, что частотные характеристики усилителей не отвечают требованиям, необходимым для дифференцирующих устройств. Производная сигнала имеет тем более высокое значение, чем выше частотный спектр сигнала. Таким образом, дифференци­ рующее устройство значительно усиливает паразитные мешающие сигналы — шумы, появляющиеся в ЭВМ. Продифференцированные

шумы, которые имеют широкий спектр частот, могут тогда легко перекрыть полезный аналоговый сигнал. В связи с указанными при­ чинами дифференцирующие устройства рекомендуется по возмож­ ности не применять в схемах аналоговых ЭВМ.

К о м п а р а т о р (рис. 150)—это счетно-решающий блок, кото­ рый не имеет собственной обратной связи; он применяется для не­ явных вычислений (например, для деления).

Если не учитывать входной ток, то при условии бесконечного усиления операционным усилителем можно для токов, протекаю­

видно, что при соблюдении указанных выше требований к опера­ ционным усилителям точность их определяется в основном точ­ ностью и постоянством примененных сопротивлений и источников питания вычислительной машины. Поскольку имеется ограничен­ ный набор сопротивлений с различными номиналами, для подбора необходимых передаточных функций аналоговых элементов в ана­ логовых ЭВМ применяются потенциометры (рис. 151).

Между входным и выходным напряжением ненагруженного по­

Потенциометр является пассивным аналоговым элементом, при помощи которого можно установить передаточную функцию, мень­ шую единицы, и тем самым умножить аналоговую величину на константу. Для точной настройки потенциометров, к которым при построении модели присоединяют входы остальных аналоговых эле­ ментов, нагружающих потенциометры и изменяющих их входные сопротивления, необходимо использовать соответствующие методы компенсации и компенсирующие устройства. Устройства для на-

226