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) : Uг 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
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. |
© 2024 РубинГудс.
Копирование запрещено. |