Кусочно-линейные преобразователи

????????? ?? http://www.allbest.ru/

????????? ?? http://www.allbest.ru/

Кусочно-линейные преобразователи

Кусочно-линейные преобразователи позволяют получить произвольную функциональную зависимость между выходным и входным напряжениями. На первом этапе синтеза преобразователя заданная кривая аппроксимируется кусочно-линейной функцией, число отрезков которой выбирается, исходя из требуемой точности воспроизведения кривой . Полученная кусочно-линейная функция представляется суммой из отдельных линейных функций.

,

где при .

Применительно к рассматриваемому примеру функциональная зависимость для может быть реализована нелинейным звеном, схема которого приведена на рис. 3.15, а. При положительном напряжении на выходе операционного усилителя диод закрыт, а открыт, и напряжение на выходе звена снимается с инвертирующего входа ОУ, которое, как известно, при действии достаточно глубокой отрицательной обратной связи повторяет напряжение на неинвертирующем входе ОУ, поэтому . При отрицательном напряжении на выходе ОУ закрыт диод , а открыт, и звено работает в линейном режиме как инвертирующий сумматор для напряжений :

.

Необходимо подчеркнуть, что выражение справедливо только в случае, когда ; при отрицательной полярности этого суммарного напряжения выходное напряжение звена . Передаточная характеристика звена по схеме рис. 3.15, а приведена на рис. 3.15, в. Чтобы сместить ее вправо, т.е. в сторону положительных значений , необходимо, как это видно из, задать .

Расчет схемы звена можно выполнить в такой последовательности:

- определить из графика функциональной зависимости максимальное значение входной переменной (), и в этой точке найти для наиболее критического звена, т.е. звена, имеющего наибольшее значение ();

- зная предельное выходное напряжение ОУ, рассчитать масштабный коэффициент

;

- умножить все парциальные функции на и записать их в виде

;

- вычислить сопротивления резисторов i_го нелинейного звена из соотношений

;

- если получится , то выход этого звена необходимо подключить к инвертирующему входу выходного сумматора преобразователя.

Структурная схема кусочно-линейного преобразователя, реализующего функциональную зависимость, показанную на рис. 3.14, приведена на рис. 3.16, где нелинейные звенья выполнены по схеме рис. 3.15, а, а выходной сумматор - по схеме рис. 3.2, б. Если в результате решения задачи аппроксимации потребуются передаточные характеристики, расположенные во втором квадранте, то используется схема звена, показанная на рис. 3.15, б. При инверсии выходного напряжения этого звена передаточная характеристика расположится в третьем квадранте.

Прецизионные амплитудные детекторы

Для детектирования амплитудно-модулированного сигнала

т.е. извлечения информации, заключенной в огибающей

высокочастотных колебаний , используется свойство односторонней проводимости выпрямительного диода - коэффициент модуляции).

Схема простейшего амплитудного детектора приведена на рис. 3.17, б. При подаче на его вход знакопеременного напряжения через диод будет протекать ток только при положительной полярности входного напряжения, и на нагрузке детектора образуются знакопостоянные импульсы напряжения, форма которых повторяет форму входного сигнала положительной полярности. В результате такого преобразования выходной сигнал детектора будет содержать низкочастотную составляющую и высокочастотные составляющие, которые устраняются путем низкочастотной фильтрации, в простейшем случае - при подключении к выходу детектора конденсатора . При открытом диоде конденсатор быстро заряжается от источника входного сигнала через малое дифференциальное сопротивление открытого диода и медленно разряжается через сравнительно большое сопротивление , вследствие чего напряжение на конденсаторе будет с определенной погрешностью соответствовать огибающей, т.е. . Постоянная времени разряда конденсатора выбирается не слишком большой, чтобы напряжение успевало отслеживать изменение амплитуды высокочастотного сигнала . Поскольку диод открывается только на короткое время, когда , диод работает на начальном нелинейном участке ВАХ, поэтому детекторная характеристика простейшего АД получается нелинейной, что приводит к нелинейным искажениям выходного информационного сигнала. При более сложном модулирующем сигнале, состоящем из множества гармоник типа, работа амплитудного детектора описывается аналогично.

Идеально линейной, начинающейся строго с нуля, детекторной характеристикой обладают прецизионные амплитудные детекторы, построенные по схеме рис. 3.15, а или б с добавлением на выходе устройства конденсатора фильтра, как показано на рис. 3.18, а. В этой схеме положительные импульсы выходного напряжения являются проинвертированными входными импульсами отрицательной полярности, умноженными на коэффициент Поскольку при открытом диоде он охвачен глубокой отрицательной обратной связью по напряжению, его дифференциальное сопротивление получается очень низким во всех точках диффузионной ветви ВАХ, что и определяет линейность детекторной характеристики. В то время как заряд конденсатора происходит практически мгновенно через малое сопротивление открытого диода , время его разряда определяется исключительно сопротивлением , так как сопротивление в узле 1 близко к нулю.

Рассмотренные выше детекторы являются однополупериодными, которые в процессе преобразования используют только половину периода входного высокочастотного сигнала. Чтобы повысить точность воспроизведения модулирующего сигнала , необходимо чаще подзаряжать конденсатор , что можно обеспечить как за счет повышения частоты переносчика , так и за счет использования импульсов входного высокочастотного сигнала положительной и отрицательной полярности, как это реализуется при двухполупериодном детектировании.

Схема прецизионного двухполупериодного амплитудного детектора приведена на рис. 3.19, б. Он состоит из двух однополупериодных детекторов, включенных параллельно: инвертирующего на основе ОУ1 и неинвертирующего на основе ОУ2. Чтобы модули коэффициентов передачи обоих детекторов были одинаковыми, сопротивление должно равняться . Резисторы и являются вспомогательными элементами, которые способствуют уменьшению дрейфа нуля ОУ, вызванного его токами смещения (). При положительной полярности входного напряжения диод закрыт, а открыт, в результате чего инвертирующий детектор оказывается выключенным из работы. В таком же состоянии будет находиться и неинвертирующий детектор ( закрыт, открыт) до тех пор, пока напряжение не превысит напряжение на конденсаторе . Если напряжение станет больше , то диод закроется, а откроется, и конденсатор быстро подзарядится через открытый диод . При отрицательном напряжении выключенным оказывается неинвертирующий детектор ( закрыт, открыт), а инвертирующий детектор включится только при , после чего произойдет подзаряд конденсатора . Таким образом, большую часть периода входного высокочастотного сигнала оба детектора выключены, и в это время происходит медленный разряд конденсатора через резистор и резистор . Процесс разряда через резистор , в отличие от разряда через , в некоторой степени зависит от величины и знака напряжения , поскольку при открытом диоде напряжение на инвертирующем входе ОУ2, т.е. на выводе резистора , равно .

преобразователь детектор амплитудный линейный

При отсоединенном конденсаторе инвертирующий и неинвертирующий детекторы в работу включаются поочередно строго в соответствии со знаком напряжения , поэтому передаточная характеристика двухполупериодного детектора имеет вид, показанный на рис. 3.19, в (- постоянные напряжения), т.е. такое устройство можно использовать для взятия модуля знакопеременного напряжения.

Размещено на Allbest.ru