книги из ГПНТБ / Филимонов Г.А. Основы цифровых устройств систем управления учебное пособие

На рис.143 показана одна из возможных функциональных схем такого преобразователя. Непрерывная величина предва­ рительно преобразуется в пропорциональный временной интер­ вал, и в течение этого интервала через схему совпадения проходят импульсы с постоянной частотой следования, кото­ рые накапливаются в счетчике. Число, зафиксированное в счетчике к концу интервала, однозначно характеризует, как мы уже видели, значение преобразуемой величины.

Суммарные погрешности рассматриваемых преобразовате­ лей в ламповом варианте имеют порядок 0*1# от полного зна­ чения преобразуемого напряжения. Заметим, что ошибка за счет нелинейности может быть снижена до 0,01# в случае ис­ пользования в генераторе пилообразного напряжения усилите­ ля с Ку = 500о

Выработка временного интервала посредством сравнения

тивоположный знаку U. Процесс интегрирования длится до тех пор, пока величина интеграла не станет равной нулю, что ха­ рактеризуется выражением

Оо

250

Если в течение времени второго такта пропускать им­ пульсы через схему совпадения на вход счетчика, то на ос­ новании /2 3 9 / и /2 4 4 / получим значение числового эквиваглента, зафиксированного в счетчике, равное

^max

Из последнего выражения видно, что при этом способе выработки временного интервала числовой эквивалент соответ­ ствует не мгновенному значению напряжения в конце интерва­ ла /как это было при использовании пилообразного напряже­ ния/, а его среднему значению за фиксированный промежуток времени Ттох .

Преобразователь напряжения в цифровой код, созданный на основании рассмотренного способа, получается весьма про­ стым, если в качестве интегратора использовать ферритовый сердечник с прямоугольной петлей гистерезиса.

Известно, что при подаче на вход магнитного элемента импульса напряжения и(Ь) в сердечнике произойдет изменение магнитного потока на Д Ф

251

6

которого сердечник перейдет в это состояние. Решение этой

Из формул /2 4 5 / - /2 4 9 / следует, что если на обмотку магнитного элемента, предварительно установленного в нуле­ вое положение, подать прямоугольный импульс напряжения фиксированной длительности Tmgx vi неизвестной величины

Ugx ч а через некоторое время па обмотку wz подать им­ пульс напряжения противоположной полярности, обладающий до­ статочной длительностью к точно фиксированной величиной

Umax , то на выходной обмотке WgblX появится прямоу­

гольный импульс Щых длительность которого Т пропорцио­ нальна величине входного напряжения Ugx .

252

Если сигналы Ugbix использовать для управления вен­

тилем В, через который от генератора Г проходят импульсы, фиксирующиеся в счетчике C't , то число, накопленное в счет­ чике за время действия выходного импульса, будет пропорцио­ нально величине напряжения Ugx. Принцип действия такого ус­ тройства легко уяснить из рис.145.

Если связать величину интервала Ттоа; с частотой сле­

дования импульсов, поступающих на вход счетчика, то можно автоматически скомпенсировать ошибки, возникающие за счет нестабильности частоты импульсов или нестабильности значе­ ния Ттох .Следует отметить, что такая компенсация трудно

выполнима в преобразователях, основанных на сравнении пре­ образуемого и пилообразного напряжения. В рассматриваемом преобразователе указанные ошибки могут быть полностью ском­

решения ИР триггер переходит во второе устойчивое состояние, открывая Вл и закрывая К£ .В пересчетной линии пл проис­ ходит фиксация импульсов частоты f . В момент времени^сраба­ тывает последний триггер пересчетной линии, открывая ключ KJ .Этот ключ будет открыт до момента 6г, когда последний

253

кой точности преобразования, соответствующей 9 и более дво­ ичным разрядам. Вообще говоря, высокая точность преобразо­ вания является характерным свойством всех преобразователей напряжения, в которых используется предварительное преобра­ зование во временные интервалы. Это объясняется тем, что в них имеется сравнительно немного узлов, к работе которых предъявляется требование высокой точности работы.

Здесь же заметим, что преобразователи с промежуточным преобразованием непрерывной величины являются наименее быст­ родействующими.

254

§ 31. Устройства с промежуточным преобразованней непрерывного напряжения в частоту

На рис.1*(3,а приведена функциональная схема преобразу­ ющего устройства этого типа. Генератор управляемой частоты выдает импульсы, частота следования которых изменяется ли­

валов выдает за каждый цикл преобразования сигнал установ­ ленной длительности. Этот сигнал открывает схему совпадения на строго фиксированный промежуток времени, определяемый его длительностью который в дальнейшем будет называться ин­ тервалом преобразования. В течение интервала преобразова­ ния от генератора управляемой частоты в накапливающий счет­ чик проходят импульсы. Если частота генератора управляемой частоты пропорциональна значению входной величины, то ко­

личество импульсов, прошедших через схему совпадения за один цикл преобразования и зафиксированных счетчиком, будет тоже пропорционально входной величине.

По окончании действия сигнала схема совпадения закры­ вается, после чего генератор эталонных временных интервалов выдает импульс, воздействующий на счетчик. Число, зафикси­ рованное в счетчике, передается в вычислительное устройст­ во, а сам счетчик устанавливается в нулевое положение. По истечении времени, необходимого для передачи числа из счет­

менения последнего. Эту трудность можно преодолеть, если для создания генератора управляемой частоты использовать

255

два интегрирующих устройства на магнитных сердечниках, входы которых поочередно подключаются к источнику преоб­ разуемого напряжения. Вначале в обоих интеграторах зафик­ сировано нулевое значение. Один из интеграторов подклю­ чается к преобразуемому напряжению, величина которого на­ чинает интегрироваться по времени. Этот процесс будет про­ должаться до тех пор, пока величина интеграла не достигнет некоторого, наперед установленного значения, равного д

По достижении интегралом величины выдается им­

пульс, к источнику напряжения подключается вход второго ин­ тегратора, в то время как первый устанавливается в нулевое положение. Следующий импульс выдается в тот момент, когда значение интеграла во втором интеграторе достигнет той же величины дФ т0Х .Этот импульс является сигналом для подклю­

чения первого интегратора и установки второго в нулевое по­ ложение. В дальнейдем описанный процесс непрерывно повторя­ ется.

Частота следования импульсов на выходе интеграторов

где Т - время интегрирования.

Согласно /2 4 6 / можем записать

т

О

Применяя теорему о среднем значении функции, можем написать

25б

Из последнего равенства следует, что при определен­

напряжению отсечки тока коллектора. В качестве коллектор­ ного напряжения используется Ugx . Работа генератора управ­ ляемой частоты происходит следующим образом.

Пусть в начале работы через верхний триод и обмотку протекает ток. Этот ток вызывает перемагничивание сер­

дечника. В обмотке обратной связи w 3 наводится э .д .с . такого направления, которое способствует еще большему от­

рез нижний триод, перемагничивает сердечник в противополож­ ном направлении, вызывая еще большее увеличение э .д .с . в обмотке обратной связи w^,. Это продолжается до тех пор, пока магнитный элемент не возвратится в исходное состояние. Далее процесс циклически повторяется в выходной обмотке магнитного элемента, наводятся при этом разнополярные им­ пульсы практически прямоугольной формы. Длительность^каж­ дого импульса равна времени перемагничивания сердечника. Период изменения э .д .с . в выходной обмотке соответствует 2Z.. Следовательно, частота следования j. выходных импуль­ сов равна

нитного потока от точки петли гистерезиса, соответствую­ щей отрицательному насыщению, до точки положительного на­ сыщения, то время перемагничивания определяется с помощью выражения /2 5 3 /. Принимая во внимание /2 5 6 /, можно выра­ зить значение выходной частоты через входное напряжение

/2 5 7 /

Из последнего равенства видно, что при неизменной величине д Фт£7ССчастота пропорциональна преобразуемому на­

16#. Чтобы избежать влияния температуры на работу преобра­ зователей, применяют более сложные компенсационные схемы, чем показано на рис.147. Погрешности таких преобразовате­ лей могут быть доведены до 0, 2# при изменении частоты им­ пульсов от сотен герц до сотен килогерц.

§32. Преобразователи угловых величин в код

Вотличие от преобразователей напряжения к преобразо­

258

барабан с нанесенным на его поверхности ферромагнитным слоем. На этом слое имеются две дорожки: на одной из них произведены местные намагничивания материала через равные интервалы, а на другой - местное намагничивание материа­ ла только в одной точке. Над первой дорожкой расположена одна неподвижная считывающая магнитная головка, а над второй дорожкой - две считывающие магнитные головки: одна головка неподвижна, а вторая связана с ведущим валок,угол поворота которого необходимо преобразовать., г ... ркс,148,а показана блок-схема такого преобрй?ог " \ , Поверхность барабана представлена разверткой, о.- -;...ученной осевыми линиями. Участки местного намагничивания показаны точками,

вращении барабана во всех головках наводятся импульсы, воз­ никающие в моменты прохождения намагниченных участков. Эти импульсы поступают на разрешающе-запрещающее устройство - РЗУ, представляющее собой вентиль, управляемый триггером с раздельными входами. Очевидно, что на каждый оборот ба­

пульс разрешения ИР с головки 2. Когда точка местного на­ магничивания на второй дорожке пройдет под головкой 2 и последняя выдаст импульс разрешения, импульсы с головки I будут накапливаться в счетчике до тех пор, пока на РЗУ не поступит с головки 3 импульс запрещения ИЗ, прекращающий прохождение импульсов с головки I в счетчик. ИЗ воздейст­ вует также и на сам счетчик, давая сигнал на списывание зафиксированного в нем числа в вычислительное устройство и переводя счетчик в нулевое положение.

"59