|
|
Преобразователи электрических сигналовВ системах управления и регулирования широко используются сигналы, представленные как в виде непрерывных переменных, так и в виде дискретных двоечных сигналов. Для взаимодействия электронных устройств САУ, обрабатывающих непрерывные (аналоговые) сигналы, с устройствами, оперирующими дискретными двоечными (цифровыми) сигналами, применяют цифро-аналоговые (ЦАП) и аналого-цифровые преобразователи (АЦП). Сейчас выпускается широкая номенклатура ЦАП и АЦП. Эта потребность объясняется тем, что большинство переменных величин (ток, напряжение, скорость, температура и т. д.) представляются в аналоговой форме. Непосредственная обработка этих величин цифровыми устройствами невозможна без предварительного представления в виде цифрового N -разрядного слова. Эту операцию осуществляют АЦП. Для точного управления изменениями аналоговых величин необходимо преобразовать цифровую информацию в аналоговую с помощью ЦАП. Преобразователи АЦП можно разделить по характеру преобразования: - последовательного типа; - параллельного типа. К основным характеристикам АЦП относятся число разрядов, время преобразования, нелинейность и др. Разрешающая способность АЦП является величиной обратной максимальному числу кодовых комбинаций на выходе АЦП. Время преобразования t пр – интервал времени от момента заданного значения изменения сигнала на входе АЦП, до появления на его выходе устойчивого кода. Известно большое число методов преобразования аналоговых величин в цифровые. Это методы последовательного приближения, параллельного преобразования и двухтактного интегрирования. Первый метод обеспечивает удовлетворительное сочетание точности и быстродействия, второй – возможность достижения высокого быстродействия, а третий – точность. Блок схема преобразователя последовательного (типа) счета.
Рис. 2. Рассмотрим принцип действия преобразователя. Во времяимпульсном преобразователе в зависимости входного напряжения вырабатывается импульс, длительность которого зависит от величины входного напряжения. Этот импульс поступает на вход схемы И, а на другой вход импульсы со стабильной частотой. На выходе этой схемы появляется пачка импульсов, которые подсчитывает счетчик Сч. На выходе счетчика появляется код пропорциональный входному напряжению. Цифро-аналоговые преобразователи (ЦАП) предназначен для преобразования цифровых сигналов в аналоговый сигнал. Такие преобразователи необходимы, например, при восстановлении аналогового сигнала, предварительно преобразованного в цифровой для передачи на большое расстояние или хранения. Другой пример использования преобразователя такого типа, это получение управляющего сигнала при цифровом управлении устройствами, работа которых определяется непосредственно аналоговым сигналом. К основным параметрам ЦАП относятся разрешающая способность, время установления, погрешность нелинейности. Разрешающая способность – величина обратная максимальному числу шагов квантования выходного аналогового сигнала. Погрешность нелинейности это максимальное отклонение графика зависимости выходного напряжения от напряжения, задаваемого цифровым сигналом по отношению к идеальной прямой. Блок схема ЦАП представлена на рис. 3.
Рис. 3. Схема ЦАП обычно содержит матрицу на резисторах, управляемые ключи, источник опорного напряжения и операционный усилитель (ОУ). На рис. 3 представлена схема ЦАП с резистивной матрицей вида R – 2R. Выходное напряжение этого ЦАП: U вых= U оп R ос/ R м. Где: R м – сопротивление матрицы R – 2R между точками U оп и инвертирующим входом ОУ. В свою очередь, сопротивление R м зависит от того, подключены резисторы 2R к общей шине или инвертирующему входу ОУ. Напряжение на выходе зависит от значения цифрового N -разрядного слова на входах ЦАП. Рассмотрим упрощенную схему ЦАП на дискретных элементах для преобразования числа в пропорциональный ему аналоговый сигнал (ток). Эта схема применяется в быстродействующих устройствах САУ. Схема ЦАП представлена на рис. 4.
Рис. 4. Ток каждого из i разрядов коммутируется с помощью диодов, и включаются в выходную цепь ЦАП, создавая вместе с остальными включенными разрядами ток компенсации I к или отводится соответствующим триггером регистра опроса. Для этой схемы за «0» принят уровень +1,5В, а за «1» уровень -1,5В. На базе рассмотренного ЦАП код-ток может быть собран быстродействующий преобразователь код-напряжение, используя для суммирования токов операционный усилитель (ОУ). В настоящее время выпускается широкая номенклатура преобразователей ЦАП и АЦП выполненных на микросхемах (БИС). Рассмотрим функциональную схему АЦП микросхемы К1113ПВ1 и схему подключения рис. 5.
Рис. 5. На рис. 6 а) показана структурная схема 12-разрядного биполярного ЦАП К1108ПА1Б, имеющего время установления выходного сигнала t уст=0,4мкс. Без внешнего ОУ схема имеет максимальное выходное напряжение ±1В.ЦАП работает от ТТЛ-уровней, а на рис. 6 б).показана схема включения в однополярном режиме.
Рис. 6. Преобразователи АЦП и ЦАП могут применяться в виде микросхем для использования в САУ более ранних выпусков. В настоящее время эти преобразователи находятся в самих устройствах УЧПУ, например, в устройстве САУ 2Р22 или «Электроника НЦ – 31». В современных измерительных преобразователях уже находятся преобразователи АЦП и ЦАП.
Усилители преобразователи Усилителем называется устройство, предназначенное для увеличения мощности сигнала за счет энергии N дополнительного источника питания; при этом выходная (усиленная) величина y является функцией входного сигнала x и имеет одинаковую с ним физическую природу. Усилители относятся к активным элементам автоматики (рис. 1).
а) б) Рис. 1. Функциональные схемы элементов САУ. а) – активный элемент Э (усилитель); б) – усилительный элемент с обратной связью (ОС). Усилители классифицируются: От вида энергии, получаемой от дополнительного источника питания; – электрические; – пневматические; – гидравлические; – механические и др. Наиболее широко применяются электрические усилителя. По принципу действия. Электрические усилители делятся на две группы. Первая группа – электронные, которые делятся по следующим признакам; – виду активного элемента ламповые, транзисторные, на туннельных диодах; – диапазону частот электрометрические, постоянного тока, низкой частоты, высокой частоты; – ширине полосы частот узкополосные, широкополосные; – виду сигнала гармонические, импульсные; – электрическому параметру напряжение, тока, мощности; – типу нагрузки резисторные, резонансные, реактивная. Вторую группа составляет усилители: – электромашинные; – магнитные. Характеристики усилителей. Одним из важных параметров усилителя является коэффициент усиления по мощности, напряжению, току, которые определим из уравнений:
где: К Р, К U, К I - коэффициент усиления по мощности, напряжению, тока; Р вых, Р вх, U вых, U вх, I вых I вх – мощность, напряжение, ток выходного и входного сигнала. Коэффициент усиления является безразмерной величиной. Иногда усилители напряжения с токовым выходом характеризуются крутизной характеристики: S у = I вых /E г ≈ I вых/ U вых 4) Динамические свойства усилителей определяются их частотными характеристиками: – нелинейные искажения, отклонение формы выходного сигнала от формы входного сигнала. Нелинейные искажения в усилителях гармонических сигналов оцениваются коэффициентом нелинейных искажений:
где: U 1, I 1 – действующие значения первых гармоник напряжения и токов на выходе; U n, I n - действующие значения n -ых гармоник напряжения и токов на выходе; n – номер гармоники. Динамический диапазон определяется отношением:
Более подробно электронные усилители рассмотрены в дисциплине «Электронная техника».
Магнитным усилителем называется усилитель электрических сигналов, действие которого основано на использовании нелинейности характеристик ферромагнитных материалов. Магнитные усилители различают по следующим признакам: - виду статической характеристики, однотактные (нереверсивные) и двухтактные (реверсивные); – способу осуществления обратной связи, бес ОС и с ОС (внешней, внутренней, смешанной); – форме кривой выходного напряжения, с выходом на несущей или удвоенной частоте, на постоянном токе или переменном; – способу включения нагрузки, с последовательным и параллельным включением нагрузки и рабочих обмоток; – способу осуществления смещения, постоянным или переменным током и шунтированием выпрямителей ОС; – режиму работы, линейные и релейные. На рис. 2 изображен простейший магнитный усилитель бес ОС выполненный в виде двух одинаковых трансформаторов.
Рис. 2. Рабочие обмотки этих трансформаторов с числом витков w р включаются последовательно с источником питания переменного напряжения U. Управля- ющие обмотки с числом витков w у включаются встречно относительно рабочих обмоток для устранения трансформаторной связи между цепями, образуемыми управляющими и рабочими обмотками. Усиливаемый сигнал постоянного тока I у поступает в управляющие обмотки w у трансформаторов и вследствие нелинейного характера кривой намагничивания сердечников вызывает уменьшение их магнитной проницаемости и пропорциональное уменьшение индуктивности L 1 рабочих обмоток. При отсутствии сигнала на входе усилителя I 2=0 и I 1= I μ. В этом режиме ток нагрузки равен току холостого хода трансформатора. Коэффициенты усиления по току k i и мощности k р для простейшего магнитного усилителя определяют по формулам:
k i=∆ I н/∆ I у~ w у/ w р;
k р=∆ I2 н R н/∆ I2 у R у~ w2 у R н/ w2 р R у.
где: R у. – активное сопротивление управляющей обмотки.
Примерный вид графика функции I н =ƒ(I у ) простейшего магнитного усилителя на двух трансформаторах (рис. 3).
Рис. 3. Выше рассмотренные усилители применяются в основном для измерения входной величины от 0 до максимального значения или от 0 до минимального значения. Для измерения величин от максимального до минимального значения, характеристика которого проходит через пересечения координат (рис. 4) применяют двухтактные магнитные усилители.
Рис. 4. Двухтактным магнитным усилителем называется усилитель, обладающий статической характеристикой, при которой изменение полярности управляющего сигнала вызывает изменение полярности выходного напряжения или изменение фазы выходного напряжения на 180° (рис. 4). Электромашинный усилитель (ЭМУ) представляет собой коллекторный генератор постоянного тока. В электромашинных усилителях выходная (управляемая) электрическая мощность создается за счет механической мощности приводного двигателя. Подробно об электромашинных усилителях представлено в дисциплине «Электрические машины».
  Что способствует осуществлению желаний? Стопроцентная, непоколебимая уверенность в своем...  Живите по правилу: МАЛО ЛИ ЧТО НА СВЕТЕ СУЩЕСТВУЕТ? Я неслучайно подчеркиваю, что место в голове ограничено, а информации вокруг много, и что ваше право...  Что делает отдел по эксплуатации и сопровождению ИС? Отвечает за сохранность данных (расписания копирования, копирование и пр.)...  ЧТО И КАК ПИСАЛИ О МОДЕ В ЖУРНАЛАХ НАЧАЛА XX ВЕКА Первый номер журнала «Аполлон» за 1909 г. начинался, по сути, с программного заявления редакции журнала... Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:
|
2)
