10.2 Принципи побудови приладів системи «Каскад»

Система «Каскад» є аналоговою, тому всі обчислення і перетворення сигналів виконуються в аналоговому процесорі схемним (апаратним) шляхом. Наприклад, аперіодичне та диференційне перетворення сигналу виконується пасивними RC-ланками (рисунок 10.1). Ці RC-ланки використовуються в ланцюгах ЗЗ для формування закону регулювання.

Рисунок 10.1 – Формування диференціюючого та аперіодичного закону

пасивними RC-ланками

Аналоговий процессор виконаний на ОП, охопленому негативним ЗЗ. Т.ч., при побудові приладів «Каскад» використовуються властивості граничної системи (рисунок 10.2), в якій вид ланки ЗЗ визначає закон регулювання.

рисунок 10.2 – гранична система

Ця структура є універсальною для всіх аналогових приладів.

(10.1)

При К₁ > 10000 можна вважати, що виконується ідеальний закон регулювання.

Особливості реалізації граничної системи в системі «Каскад»:

1. Оскільки операційні підсилювачі мають прямий та інверсний входи, то використовується два види ЗЗ з різними передатними функціями, тобто розрізняють ЗЗ послідовні (рисунок 10.3) і паралельні (рисунок 10.5).

2. використання на входах і виході ОП уніфікованих струмових сигналів, в той час, як ОП підсилює напруги.

10.2.1. Реалізація аналогового процесора з використанням паралельного ЗЗ

Передатна функція ОП з паралельним ЗЗ (рисунок 10.3):

.

В цьому разі використовується лише інвертуючий вхід 1, тобто полярність вихідного сигналу протилежна полярності вхідного.

Рисунок 10.3 – Включення ОП з паралельним ЗЗ

Вхідний струмовий сигнал перетворюється у вхідну напругу на резисторі R_ВХ, вхідним комплексним опором Z_ВХ і комплексним опором ЗЗ можуть бути: резистор R, конденсатор С або індуктивность L для формування потрібного закону перетворення.

Комплексний коєфіцієнт передачі ОП з паралельним ЗЗ визначається відношенням Z_ОС/Z_ВХ.

До виходу ОП приєднаний перетворювач напруги у струм. R_Н – опір вхідного каскаду приєднанного наступного приладу, якщо R_ЗЗ і R_Н різні, то це додатково враховуєтьсяч, як їх відношення.

Відомо, що коли на до входу ОП приєднаний конденсатор С, а у негативному ЗЗ – опір R, то формується Д-закон (рисунок 10.4,а), якщо поміняти місцями конденсатор C і опір R – І-закон (рисунок 10.4,б). На рисунку 10.4,в показана схема масштабуючого суматора, в якому коефіцієнт підсилення по кожному входу визначається відношенням опору резистора R_ЗЗ до опору вхідного резистора R_BXi

.

б)

рисунок 10.4 – Схеми підключення RC-ланок до ОП для формування

а – диференціатора, б – інтегратора, в – суматора з масштабуванням

Назва «паралельний ЗЗ» виникла внаслідок двох одночасних напрямків передачі сигналів через ОП: в прямому напрямку – через інверсний вхід ОП, в зворотньому – через опір ЗЗ Z_ЗЗ.

10.2.2. Реалізація аналогового процесора з використанням послідовного ЗЗ

Передатна функція послідовного ЗЗ (рисунок 10.6)

.

Вхідний сигнал надходить на прямий вхід 2, проходить на вихід підсилювача і через комплексний опір ЗЗ Z_ЗЗ надходить на інвертуючий вхід 1 і далі знову проходить на вихід ОП. Т.ч., така схема одержала назву від послідовного проходження сигналом двох входів одного і того ж підсилювача

рисунок 10.5 – Структурна схема побудови приладів з послідовним ЗЗ

ця схема використовується у випадках:

1. Коли знаки вхідного і вихідного сигналів повинні бути однаковими.

2. коли потрібно мати вхідний опір підсилювача більше 100 Мом, це вхідний опір високоякісного підсилювача.