4.2. Согласующие элементы

Функциональные элементы в составе систем управ­ления – датчики, регуляторы, задающие блоки – могут быть разнородными по типу сигнала, роду тока, по со­противлениям и мощности и т.п. Поэтому при соединении элементов возникает задача согласования их характери­стик. Эту задачу решают согласующие элементы. К дан­ной группе элементов относятся фазовые детекторы, со­гласующие род тока, цифро-аналоговые и аналого-цифровые преобразователи, согласующие тип сигнала, эмиттерные повторители, согласующие входные и выход­ные сопротивления, усилители мощности, гальванические разделители и другие элементы. Функцию согласования могут выполнять также элементы, нормально предна­значенные для других целей. Например, рассмотренный в § 4.1 операционный усилитель оказывается эмиттерным повторителем относительно неинвертируемого

Рис. 4.14. Входные и выходные координаты

фазового детектора

входа при подключении выходного напряжения на инвертиру­емый вход. Для гальванического разделения может быть использован датчик напряжения. Такие и подобные им элементы оказываются очевидными или известными и не рассматриваются в данном параграфе.

Выделим из группы согласующих элементов для рас­смотрения функционально более сложные и вместе с тем типовые элементы – фазовые детекторы, а также цифро-аналоговые и аналого-цифровые преобразователи.

Фазовый детектор (ФД) в научно-технической лите­ратуре получил ряд других названий: фазочувствительный усилитель, фазочувствительный выпрямитель, фа­зовый дискриминатор, демодулятор. В каждом названии делается попытка подчеркнуть основную функцию дан­ного элемента в рассматриваемой схеме. Примем рас­пространенное название – фазовый детектор, вкладывая в него все функции, возлагаемые на данный элемент.

Назначение ФД – преобразование входного напря­жения переменного тока в выходное напряжение постоянного тока, полярность и амплитуда которо­го зависят от фазы входного напряжения (φ). Таким об­разом, ФД имеет две входные координаты и φ и одну выходную координату (рис. 4.14). Различа­ют два режима работы ФД: амплитудный режим, когда фаза входного напряжения остается постоянной, прини­мая одно из двух значений 0 или , и ; фазовый режим, когда , , .

В амплитудном режиме ФД применяется как преоб­разователь сигнала рассогласования переменного тока в управляющий сигнал в следящих приводах постоянного тока, как преобразователь выходного сигнала тахогенератора переменного тока, как выходной каскад (демо­дулятор) в усилителях с промежуточным усилением на переменном токе и т.д. В фазовом режиме ФД приме­няется в системах управления, в которых контролируе­мой и управляющей величиной является плавно изме­няющаяся фаза. В этом режиме ФД получает питание от фазовращательных устройств.

На фазовый детектор, как правило, не возлагается функция усиления напряжения. Поэтому коэффициент усиления ФД близок к единице.

На рис. 4.15 изображена расчетная схема замещения двухполупериодного ФД. Схема соответствует нулевой схеме выпрямления, в которой вентили заменены функ­циональными ключами К1 и К2. Сопротивление нагруз­ки , на котором выделяется выходное напряжение, соединяет средние точки а, 0 ключей и источников ЭДС управления . В каждый контур введено внутреннее сопротивление источника ЭДС управления . Состоя­нием ключей управляет опорная ЭДС в соответствии с алгоритмом: для К1 включен, т.е. , a K2 отключен.

Рис. 4.15. Расчетная схема замещения фазового детектора

Рис. 4.16. Диаграмма работы фазового детектора

т.е. ; для , а . Дан­ный алгоритм может быть представлен формулами

(4.26)

Очевидно, что при замкнутом К1 выходная ЭДС между точками а, О равна , а при замкнутом К2 , т.е.

. (4.27)