книги из ГПНТБ / Регулирование качества продукции средствами активного контроля

Если величину входного сопротивления усилителя Z3 принять бесконечно большой, тогда ток утечки / 3 будет равен нулю ( / 3 ^ 0 ) . В этом случае справедливы следующие соотношения:

теле выражения (447) можно пренебречь. В этом случае передаточ­ ная функция К(р) примет вид

При отсутствии тока через сопротивление утечки (1% = 0), а так­ же при достаточно большом коэффициенте усиления УПТ (к—>-оо) потенциал в суммирующей точке g будет близок к потенциалу земли.

Выражение (448) не учитывает влияния параметров реального усилителя на выходное напряжение. В реальном усилителе возни­ кают статические и динамические погрешности. Динамические

358

погрешности обусловлены, конечным значением коэффициента уси­ ления УПТ, зависимостью коэффициента усиления УПТ от частоты, значением выходного сопротивления усилителя, утечкой конденса­ торов и паразитными емкостями входных сопротивлений и сопро­ тивлений обратной связи, паразитной емкостью по отношению к зем­ ле в суммирующей точке усилителя. Статические погрешности вызываются дрейфом нуля усилителей, входным током усилителей 1г, разбросом параметров входной цепи и цепи обратной связи.

Рассмотрим подробнее влияние указанных факторов на погреш­

ш= А (р) + / , (р);

359

Однако достаточно большая величина емкости на входе может при­ вести к самовозбуждению усилителя на высоких частотах.

Наличие отрицательной обратной связи в ОУ уменьшает влия­ ние выходного сопротивления усилителя Рквых и величины сопротив­ ления нагрузки RH (рис. 152).

Уравнения токов для схемы рис. 152 имеют вид:

На основании выражений (453) уравнение коэффициента пере­ дачи ОУ с учетом гѵвых и RH имеет вид

2 2

Рис. 152. Функциональная схема операци­ онного усилителя с учетом сопротивле­

ний /?вых и Ra

чески не зависит от нагрузки. Допустимое значение тока нагрузки определяется из расчета выходного каскада УПТ.

Одной из важных причин, вызывающих статическую погреш­ ность ОУ, является дрейф нуля. Дрейфом нуля называют измене­ ние напряжения на выходе усилителя, которое не зависит от вход­ ного напряжения усилителя. Дрейф нуля, приведенный ко входу, равен дрейфу нуля на выходе ОУ с разомкнутой цепью обратной связи, деленному на коэффициент усиления УПТ. В ламповых УПТ дрейф возникает из-за нестабильности источников питания, изме­ нения эмиссии катода, а также из-за изменения параметров эле­ ментов УПТ во времени под влиянием температуры и влажности.

В транзисторных усилителях основной причиной дрейфа являет­ ся изменение параметров полупроводниковых элементов под влия-

360

нием температуры и влажности. Для оценки влияния дрейфа нуля на погрешность рассмотрим эквивалентную схему ОУ с учетом дрейфа нуля е (рис. 153). Уравнения этой схемы имеют вид:

*/.H X = - M t f i + e);

(455)

Zi(p)

Из формулы (455) следует:

В ламповых УПТ напряжение дрейфа нуля, приведенное ко входу, может достигать 10- 2 — 10 мВ.

При проектировании УПТ одной из важных задач является уменьшение дрейфа нуля, так как дрейф является основным источ­ ником погрешности решения. Для снижения дрейфа нуля применя-

Рис. 153. Функциональная схема операцион­ ного усилителя с учетом дрейфа нуля е

ют специальные схемы первых каскадов УПТ [82, 84, 134], исполь­ зуют стабилизированные источники напряжений питания, преду­ сматривают возможность регулирования нуля усилителя.

Таким образом, можно уменьшить дрейф до 2—3 мВ. Дальней­ шее уменьшение дрейфа может быть достигнуто применением в ОУ схемы модуляции — демодуляции (МДМ). В схеме М Д М исполь­ зуется модулятор — усилитель переменного тока, принципиально не имеющий дрейфа нуля, и демодулятор. Структурная схема усили­ теля Умдм показана на рис. 154.

Преобразование сигнала постоянного тока в переменный осу­ ществляется модулятором. Фильтр ФІ на входе усилителя не про­

£61

|_.

Рис. 154. Структурная схема усилителя с применением модуляции-демодуляции

Рис. 155. Функциональная схема операционного усилителя с МДМ-каналом

Уравнение для токов в схеме имеет вид (при предположении, что входные токи усилителей равны нулю)

362

Рис. 156. Функциональная схема сум­ матора

ков герц) коэффициент усиления комбинированного усилителя сни­ жается до значения k0, т. е. за пределами рабочей частоты МДМ-ка­ нала практически не участвует в работе.

При составлении уравнений (458) и (459) не учитывалось вли­ яние входных токов УПТ и МДМ-канала, а также дрейф нуля МДМ-канала. Погрешность от входного тока УПТ не уменьшается при введении МДМ-канала.

Различные схемы УПТ, а также ОУ с использованием МДМ-ка­

Одновременно с суммированием входных сигналов в данной схеме происходит их инвертирование.

363

Статическая погрешность сумматора в соответствии с выраже­ ниями (450) и (462) равна

(рис. 157). С учетом влияния паразитных емкостей, а также зависи­ мости k от частоты, передаточная функция ОУ в режиме суммато­

364

Обозначим выражение, стоящее в квадратных скобках, через Тэкв. Тогда выражение (466) примет вид

представляет собой инерционное звено, поэтому на высоких часто­

на рис. 158. Передаточная функция идеального интегратора имеет вид

(k-\- \)pRC+\

Влияние паразитных емкостей и сопротивлений утечки можно сде­ лать пренебрежимо малым, если правильно выбрать параметры интегратора:

предусмотреть схему установки начальных условий. Кроме того, необходимо иметь возможность остановить решение задачи с за­

тактами реле Л и Р2. Реле управляются сигналами, поступающими от системы управления интегратором.

В режиме «установка начальных условий» срабатывают оба ре­ ле. При помощи контакта реле Л к усилителю подключается источ­ ник напряжения для задания начальных условий. При этом кон-

365

но. Контакт реле Р 2 заземляет входную цепь интегратора, а конден­ сатор в цепи обратной связи усилителя запоминает вычисленное значение выходного напряжения.

Релейная схема управления работой интегратора может обеспе­ чить не более 10 повторений решения в секунду. Дальнейшее увели­

Устаноока

начальны*

цслобий

Рис. 159. Схема управляемого интегратора

Таким образом, были рассмотрены особенности построения схе­

366

Для правильной реализации заданного уравнения необходимо, чтобы коэффициенты исходного уравнения были равны соответст­ вующим коэффициентам в уравнении (474):

В качестве другого примера выведем соотношение между коэф­ фициентами в дифференциальном уравнении вида

367