Популярное

Мифы о звукоизоляции



Как построить дом из пеноблоков



Как построить лестницы на садовом участке



Подбираем краску для ремонта



Каркасные дома из дерева


Главная » Нелинейная коррекция

НЕЛИНЕЙНАЯ КОРРЕКЦИЯ В АМПЛИТУДНЫХ ДЕТЕКТОРАХ

Прокопенко Н.ЩпшЩввви.пд), Никуличев Н.Н.(nik1974@mail.ru)

ЮЖНО-РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ЭКОНОМИКИ И СЕРВИСА

Активные преобразователи амплитудных значений (АПАЗ) Um импульсных и синусоидальных сигналов uc(t) на основе дифференциальных усилителей с глубокой общей отрицательной обратной связью (рисунок 1), являются широко распространённым функциональным узлом многих устройств измерительной техники, электроники и автоматики [1]. Для повышения их быстродействия в режиме выборки сигнала, то есть когда 5uc(t)/5t0, применяются схемы форсирования заряда запоминающего конденсатора С1 , требующие специальных схем логического управления[1 ].

Весьма эффективным средством решения данной задачи в АПАЗ, реализуемых на базовых матричных кристаллах, может стать нелинейная коррекция проходной характеристики входного дифференциального усилителя (ДУ) [2].


Рисунок 1 Рисунок 2

Предлагаемые в [2,3] квазилинейные дифференциальные каскады могут оказаться весьма эффективным средством уменьшения времени выборки АПАЗ (tu). Их основное свойство - возможность продления от 50мВ до 3 * 8В линейного участка проходной характеристики АПАЗ за счёт введения цепи нелинейной коррекции (ЦНК) в схему того или иного классического ДУ. При этом расширение диапазона активной работы базового ДУ (повышение значений граничных напряжений Цр) обеспечивается без ухудшения статической точности [2].

В линейном режиме работы ДУ(рисунок 1 ), когда разность напряжений ut) - ивых(Г) < игр, время выборки АПАЗ минимально, при этом основная



инерционность схемы - запоминающий конденсатор С1, заряжается через диод VD1 выходным током ДУ ijj, пропорциональным сигналу рассогласования u. Поэтому предельная скорость изменения напряжения ut) не может превышать значений :

дивых (t) dt

п dt С1 д

где Кп ~1 - коэффициент передачи повторителя напряжения(ПН); Um - амплитуда входного прямоугольного импульса; - малосигнальная крутизна ДУ. Для классических ДУ[2] с активными нагрузками (АН):

Sд= 1 / 2 Гэ =1о/ 4фт , где I0 - суммарнный ток эмиттерной цепи ДУ ;

фт =25мВ - температурный потенциал . Следовательно, время выборки АПАЗ с линейным режимом работы

4фтС1 / Io

dt

Если амплитуда входного импульса значительно превышает игр (рисунок 1 ), то входной каскад АПАЗ работает в режиме динамической перегрузки :

< Io / C1 ,

du (t)

вых V / .

* (

Um ~ UmaxC1 /Io.

dt

Таким образом, время выборки () АПАЗ (рисунок 1), работающим с линейным входным каскадом, в n-раз меньше tB при перегрузке ДУ:

П = tв / tв ~ Um/ 4фт.


Рисунок 3 - Зависимость времени выборки от амплитуды входного импульса Um

Из рисунка 3 следует, что в худшем случае при нелинейном режиме работы ДУ:

nmax 0,25Umax / фт ,

где Umax - максимальное выходное напряжение АПАЗ.



Применение в АПАЗ более 300 модификаций квазилинейных каскадов U и I- классов [3], схемотехника которых описана в [2] и [3], позволяет обеспечить пропорциональность между током заряда С1 и сигналом рассогласования uc(t) - ивых( в широком диапазоне изменения амплитуды импульсных входных сигналов. Это даёт основание считать, что выигрыш по быстродействию АПАЗ с квазилинейными ДУ может достигать одного-двух порядков.

Переходной процесс в АПАЗ на основе ДУ с нелинейной коррекцией, имеющий в общем случае аппроксимированную проходную характеристику, показанную на рис.4, можно исследовать с помощью методов, изложенных в [2]. Описывая подсхему ДУ и выходной каскад АПАЗ y-параметрами и полагая, что основная инерционность АПАЗ - запоминающий конденсатор С1, включенный во входной цепи подсхемы 2, определим закон изменения ивых в режиме выборки входного импульса евх при следующих обозначениях:

2 = У21.1(3) :

К у (S) =

1 + TyS

у21.1(1) у21.2 Коб

у1 + у 2 + У

11 .1 (3)

У1 + У 2 + У

11.1(1)

У + У 2 + У

11.1(1)

(У21.1(1) + У

11.2

Cu =

d = Cu - bu:

+ У

22.2

(1 + -)e

У1 = R1 , У2

y-параметры ! -подсхемы АПАЗ на к-участке.

У2 У11.1(1)

Если ввх > игр (bu + da у )(1 + +

зависимость

выходного

напряжения АПАЗ от времени будет иметь четыре участка (рис.5).


Рис. 4. Параметры квазилинейного входного каскада АПАЗ

Рис. 5. Переходный процесс в квазилинейном режиме

На первом участке



u (t)

tU гр (1 + dbv)

ТсрТ K об

Границы этого участка определяются соотношениями:

t1 =тсрт(Я-bu -ауd)(1 + dby)-1,

ивых.1 (t1) = U - U .р K ;l (day + bu). На втором участке, время которого отсчитывается от конца предыдущего,

Uro (buby-ay) Uay (1 + dby) byt

Кб by

Коб by

u 2(t2) = U -; t2 = тс

выхw гл 2 ср.Т b ---v~ ~~~У-

К

ln(1 + dby) ;

На третьем участке

(t)=U

Коб КобТсрТ ТсрТ

к

На четвертом участке

(t) = U - U exp(--).

К

ср. Т

U о

Если амплитуда евх такова, что bu <-- < bu + day, то зависимость

выходного напряжения от времени будет иметь три участка и определяться соотношениями:

u 1 (t) =

ay - buby

U + y u yU

Коб by

1 - exp(----)

by buby

ауТср.Т J T срТ

1 ln(1 + -L);

ay ay

ыхл (t1)=и - bu Коб;

(t)=U

u~ гр + t ;

К

КобТс

об ср.Т

12 = ь 1 ueba2(t2) = U - игрК-; ueba.3 (() = U - игрКб exp(--).

ср.Т

bu -1;

При 1 <-- < bu переходной процесс соответствует динамической

перегрузке входного каскада АПАЗ и имеет два участка:

u ых.1 t =

ых. 1

об ср. Т

Тср.Т

гр об

К

uehlx.2 (() = U - Uгр К- exp(--).



Если Я = иКоб/игр < 1, то входной каскад АПАЗ работает в линейном режиме и переходной процесс имеет только один участок:

.(t) = U [1 - exp(--)].

ср.Т

ошибки £ =

Время процесса АПАЗ (ст) в зависимости от заданной зоны дина-мической

ивых (tуст ) - U

и приведенной амплитуды выходного напряжения и/игр

определяется соотношениями, приведенными в табл. 1 .

Параметры переходного процесса АПАЗ

Таблица 1

Время установления переходного процесса

Примечание

t 1 -£

ст Я ТсрТ 1 + dby

U >bu +ayd Uгр £Коб

tуст =Я- Ьи - day + ay ay (1 + dby) )

ТсрТ 1 + dby by + ay - buby

U > bu Uгр £Коб

tуст Я-bu -day ay л = 1 lb + IT ln(1 + dby) + bu-£Я

U 1

Цр £Коб

t уст ay 1 Я - bu - day - = bu -1 - -f ln(1 + by d) + ln(-) + 1 b y

Тср.Т by y £Я 1 + dby

U 1

£Коб

Приведенные на рис. 6 номограммы, построенные с учетом полученных выше формул, позволяют определить время выборки =уст АПАЗ для заданной зоны динамической ошибки £ при различных параметрах результирующей проходной характеристики ДУ с нелинейной коррекцией.


U г



Рис.6. Зависимость времени установления переходного процесса АПАЗ от параметров

квазилинейного входного каскада

Представленная на рисунке 2 схема АПАЗ на базе квазилинейного ДУ U-класса [3], исследовалась с помощью программы Pspise 5.1. Результаты исследования приведены на рисунке 7. Входной сигнал представлял собой прямоугольный импульс амплитудой 2В и длительностью 95 мкс. Выходной сигнал получен при различных значениях резистора R1: кривая 1- R1=50 Ом, кривая 2- R1=100Ом, кривая 3- R1= 3кОм, кривая 4- R1 = 10кОм, кривая 5-R1 = 50кОм, кривая 6- R1= оо. Напряжение цепи смещения уровня(ЦСУ) Цж=1,2В.

ивых,В


Рисунок 7 - переходной процесс в АПАЗ с квазилинейным ДУ

ЛИТЕРАТУРА

1. Волгин Л.И. Измерительные преобразователи переменного напряжения в постоянное. М., 1977.

2. Операционные усилители с непосредственной связью каскадов / В. И. Анисимов, М.В. Капитонов, Н.Н. Прокопенко, Ю.М. Соколов. Л., 1979.

3. Прокопенко Н. Н. Основы структурного синтеза нелинейных корректирующих цепей усилительных каскадов./ М.,1992. Деп. в ВИНИТИ 01.02.92, № 76550.



© 2017 РубинГудс.
Копирование запрещено.