Лекция 5

1. Установка постоянных коэффициентов передач РУ.

2. Линейные потенциометры.

3. Настройка потенциометров (вручную и автоматическая).

4. Трехдекадный потенциометр.

1.5. Установка и изменение коэффициентов передач решающих усилителей

1. Установка коэффициентов передач

В решающих усилителях обычно предусматривается возможность установки по каждому входу, ряда значений коэффициента передач. Такая возможность достигается включением во входные цепи или цепь обратной связи решающего усилителя:

- элементов с постоянной величиной сопротивления;

- элементов с плавно регулируемой величиной сопротивления;

- элементов с дискретным регулированием величины сопротивления.

Из возможных простейших элементов электрической цепи в решающих усилителях обычно используются резисторы и конденсаторы, т.к. они в большей мере приближаются к "идеальным элементам" и имеют меньшие размеры, чем индуктивные элементы.

Некоторые АВМ комплектуются большим количеством прецизионных резисторов с номиналами от 100 кОм до 1,0 МОм, через 100 кОм. Коэффициент передачи определяется отношением R₀ к R_i. С помощью такого набора резисторов не удается получить любой требуемый коэффициент, и этот способ применяется в сочетании с другими.

Схема линейного потенциометра изображена на рис, 1.10. Величинами U₁, U₂ и U_в обозначены соответственно входные и выходное напряжения, величинами R и R_н-сопротивление потенциометра и сопротивление нагрузки. Коэффициент передачи  потенциометра определяется положением движка

Применяя первый закон Кирхгофа к точке "в", имеем

i_н=i₁+i₂ (а)

Токи i_н, i₁, i₂ определяются выражениями

Подставляя выражения i_н,i₁иi₂в уравнение (а) и разрешая его относительноU_в, получаем

(1.17)

При U₂=0(см. рис. 1.11) уравнение (1.17) принимает вид

(1.18)

Если R_н>>R,то величина.

Пренебрегая этой величиной в знаменателях уравнений (1.17), (1.18) получаем

(1.17а)

(1.18а)

На рис. 1.12 изображена схема решающего усилителя, у которого линейный потенциометр включен во входную цепь. Согласно уравнению (1.4)

(б)

Обычно R₁>>R, поэтому согласно уравнению (1.18а)

Подставляя выражение U_В в уравнение (б), получаем

Таким образом, включение линейного потенциометра во входную цепь решающего усилителя уменьшает коэффициент передачи. Установка требуемого значения коэффициента передачи производится смещением движка потенциометра в соответствующее положение.

рис. 1.10 рис. 1.11

рис. 1.12

рис. 1.13

На рис. 1.13 изображена схема решающего усилителя, у которого линейный потенциометр включен в цепь обратной связи.

В рассматриваемом случае токи i₁ и i₀ определяются выражениями

Согласно уравнению (1.2)

(в)

Обычно R₀>>R, поэтому согласно уравнению (1.18a)

Подставляя выражение U_вв уравнение (в) и полагаяU_=0, получаем

(1.20)

Таким образом, включение линейного потенциометра в цепь обратной связи РУ увеличивает коэффициент передачи.

Настройка масштабного усилителя с делителем производится оператором вручную (см рис. 1.14). При настройке потенциометра переключатели S₁ и S₂ устанавливаются в положение 2 и измерительный прибор, например, высокоомный цифровой вольтметр непосредственно подключается к выходу потенциометра, на вход которого подано тестовое напряжение U_оп=+10В. Перемещая движок потенциометра, изменяем выходное напряжение, устанавливая тем самым с достаточно высокой точностью коэффициент передачи. При моделировании переключатели S₁ и S₂ устанавливаются в положение 1.

В АВМ, не имеющих цифровых вольтметров, установка соответствующих коэффициентов передачи может осуществляться с помощью стрелочных приборов. При этом измерительный прибор необходимо подключать к выходу РУ, а движок потенциометра соединять со входным резистором R₁.

Для повышения точности установки коэффициента может использоваться компенсационный метод измерения. Рассмотрим принцип работы схемы компенсационного измерения (рис. 1.15) Пусть требуется установить K₁=4.75. На вход потенциометра подводят напряжение +1.0В от источника эталонного напряжения. Если будет установлен коэффициент передачи, то на выходе усилителя 1 должно установиться напряжение, равное 4.75В при изменении выходного сигнала ±10.0В. На выходе регулируемого источника эталонных напряжений по вольтметру V₂ делителем R₁ устанавливают –4.75В. Затем перемещают движок потенциометра R₃ до получения нулевого показания на стрелочном приборе V₁ При этом будет установлено заданное значение коэффициента.

рис. 1.14

рис. 1.15

рис 1. 16

Для ускорения набора задачи некоторые АВМ комплектуются устройствами автоматической установки потенциометров, представляющими собой электромеханические устройства со следящими системами. Настройка таких потенциометров осуществляется с пульта управления в специальном режиме, при котором на потенциометры подается опорное напряжение. Подключение к пульту настраиваемого потенциометра осуществляется с помощью адресного селектора. На клавишном устройстве устанавливается численное значение задаваемого коэффициента, преобразуемое в напряжение. Следящая система отрабатывает рассогласование между задаваемым напряжением и напряжением на потенциометре. Настройка блока происходит с подключенной нагрузкой, что обеспечивает минимальную погрешность настройки (около 0,1-0,7). Время установки одного коэффициента лежит в пределах 5-10с.

С развитием АЦВС электромеханические блоки стали заменяться электронными блоками. Использование электронных блоков позволяет существенно повысить скорость установки коэффициентов. Электронный блок (рис. 1.16) состоит из входных резисторов R_i, которые шунтируются электронными ключами K_лi. Электронные ключи управляются регистром p_гi. В АВМ вводятся схемы приема данных их ЦВМ, адресации и преобразования данных, а также схемы синхронизации, позволяющие согласовать работу АВМ и ЦВМ при установке коэффициентов.

Из ЦВМ поступает информация, содержащая адрес электронного блока установки коэффициента и величину коэффициента. Код величины коэффициента поступает согласно адресу в электронный блок управления ключами.

После установки коэффициента в схему синхронизации поступает сигнал, который несет информацию о завершении установки, что позволяет перейти к установке коэффициента в следующем электронном блоке. В средней АВМ число таких блоков составляет 50-100 шт. Время остановки одного коэффициента порядка I-2 мс при точности .установки 0,1-0,05%.

Во входные цепи РУ часто включается трехдекадный потенциометр, схема которого изображена на рис. 1.17.

рис. 1.17

Потенциометр состоит из трех делителей напряжения D₁, D₂,D₃. Делитель D₁ состоит из одиннадцати секций равных сопротивлений r₁ и совместно перемещающихся движков “c” и “d”. Разность напряжений U_c-U_d с делителя D₁ подается на делитель D₂, состоящий из одиннадцати секций равных сопротивлений r₂ и совместно перемещающихся движков “e” и “f”. Разность напряжений U_e-U_f с делителя D₂ подается на делитель D₃, состоящий из десяти равных сопротивлений r₃ и движкa “в”.

Движки “c” и “d” а также движки “e” и “f” смещены друг относительно друга на две секции, а сопротивления r₁, r₂ и r₃ выбраны так, что выполняются соотношения: r₃=0.2r₂, r₂=0.2r₁. При этом сопротивление между движками “e” и “f”

а сопротивление между движками “c” и “d”

Следовательно,

Обозначим номера отводов делителей D₁, D₂ и D₃, на которых находятся движки “d”, “f” и “b”, через n₁, n₂, n₃. Тогда, согласно уравнению (1.18а) и (1.17а)

Подставляя в последнее уравнение значения U_c-U_d и U_e-U_f , получаем:

(1.21)

Таким образом, для трехдекадного потенциометра величина определяется выражением

(1.22)

и может принимать значения от 0 до 1 с интервалами 0,001.