Принципиальное различие информационных и энергетических цепей

При условии согласования преобразователей энергетический КПД генераторного преобразователя равен:

В параметрическом преобразователе:

.

В обоих случаях η_эн это - информационно-энергетический КПД.

В энергетике стремятся достигнуть η_эн 100%. Для этого осуществляется другое условие R_i<<R_н, чтобы уменьшить потери на внутреннем сопротивлении источника. Такие энергетические цепи малоэффективны при передаче информации.

Использование согласующих трансформаторов

В случае необходимости согласования ИП с неоптимальным соотношением выходного и входного сопротивлений широко используются согласующие трансформаторы.

П усть R_i>>R_н. Это соотношение далеко от оптимального. В этом случае оптимальное согласование можно обеспечить, используя согласующий трансформатор. Здесь n – коэффициент трансформации (отношение количества витков в первой обмотке к числу витков во второй). Эту схему можно представить в виде контура с эквивалентным сопротивлением нагрузки, определяемым по формуле R_{н экв} = n²R_н.

Если R_i – выходное сопротивление генераторного преобразователя, то условие согласования имеет вид R_i =R_{н экв} = n²R_н . Отсюда найдем, что . Если R_i=100 Ом , а R_н=1 Ом, то n=10.

Метод отрицательной обратной связи

Рассмотрим измерительный преобразователь с мультипликативной погрешностью.

П роцесс преобразования сигнала этим ИП показан на рис. Аналитически сигнал на выходе ИП имеет вид

, где – мультипликативная погрешность.

Один из методов уменьшения этой погрешности заключается в уменьшении сигнала на входе ИП. Это можно осуществить, введя отрицательную обратную связь. Схема ИП с отрицательной обратной связью представлена на рис.

З десь β – коэффициент преобразования обратного преобразователя.

Найдем мультипликативную погрешность этой схемы. Раньше было показано, что , так что чувствительность этого преобразователя . Поэтому, учитывая, погрешность ИП K, можно записать , или . Если , отсюда следует . Тогда , т.е. относительная погрешность уменьшилась в 1/K раз

Таким образом, включение обратной связи существенно уменьшает мультипликативную погрешность первичного преобразователя. Произведение K называют коэффициентом петлевого усиления. При K>>1 чувствительность S1/.

Цепь прямого преобразования (К-цепь) обычно содержит множество элементов включенных последовательно: первичный преобразователь, усилитель, модулятор, демодулятор и т.д. При прохождении сигнала, погрешности, вносимые всеми этими элементами, суммируются. Цепь обратного преобразования содержит один-единственный элемент – обратный преобразователь. Из формулы S1/.видно, что при больших значениях петлевого коэффициента усиления K коэффициент преобразования всей системы зависит только от коэффициента обратного преобразователя. Очевидно, что гораздо легче изготовить один элемент очень точным, чем изготовлять очень точными множество элементов.

Недостаток этого метода состоит в том, что здесь опорный сигнал х_оп пропорционален измеряемой величине х. Поэтому здесь невозможно достигнуть условия х=0 (т. е. невозможно реализовать нулевой метод).

Действительно, нетрудно найти, что . Отсюда следует, что Δх→0, только если βК → ∞. Однако практически выполнить это условие невозможно. Попытка увеличивать K, в конечном счете, приводит к возбуждению системы (примером является свист микрофона при увеличении коэффициента усиления усилителя).

Отрицательная обратная связь не подавляет аддитивной погрешности цепи прямого преобразования и мультипликативную погрешность обратного преобразователя β.