Время-импульсное множительно-делительное устройство. Стабилизатор переменного напряжения на оптроне. Исследование дифманометрического расходомера

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1

                                                                                                               ВРЕМЯ-ИМПУЛЬСНОЕ МНОЖИТЕЛЬНО-ДЕЛИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО

Цель работы: ознакомиться с назначением, изучить принцип действия, особенности работы время-импульсного множительно-делительного устройства (МДУ).

1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

Устройство, функциональная схема которого представлена на рис.1, преобразует входные аналоговые сигналы U1 и U2 так, что напряжение Uвых оказывается пропорционально их произведению.

ВИПр - время-импульсный преобразователь разомкнутого типа; ВИПз - время-импульсный преобразователь замкнутого типа; М - модулятор; ФУПТ - фильтрующий усилитель постоянного тока; AM - амплитудный модулятор; Ф — сглаживающий

фильтр.

Рис. 1 Функциональная схема множительно-делительного устройства на основе время-импульсного преобразователя замкнутого типа.

Преобразователь напряжения в длительность разомкнутого типа (ВИПр, принц. сх. см. на рис.2), на котором построен ВИПз, выполняет преобразование уровня входного сигнала ubx в длительность импульса tи за конечный фиксированный промежуток времени, называемый периодом преобразования Т. Этот период задаёт внешний генератор прямоугольных импульсов (Г) - по фронту импульсного сигнала Uг происходит сброс RS-триггера и размыкание ключа К, определяя начато tи (формирователь короткого импульса ФКИ исключает длительное присутствие на входе Reset сигнала сброса). С этого момента интегратор И выполняет интегрирование постоянного стабильного напряжения +Ест: напряжение на выходе интегратора Uи линейно нарастает в область отрицательных напряжений. Постоянная времени т интегратора рассчитывается так, чтобы напряжение Uи к концу периода преобразования Т достигало напряжения Е. Абсолютное значение Uи должно выбираться несколько больше максимального значения преобразуемого в длительность напряжения uвх. Коэффициент преобразования ВИПр: К_ВИПр = Т/|Е| . Формирование длительности tи заканчивается в момент сравнения абсолютных значений напряжений Uи и uвх - нулевая разность токов через равные сопротивления R1 и R2 сравнивающего устройства СУ приводит к равенству U⁺ = U^- = 0. При этом на выходе СУ появляется напряжение положительной полярности, устанавливающее RS-триггер. Установка триггера ведёт к замыканию ключа К и разрядке конденсатора – интегратор подготавливается к следующему периоду преобразования Т. На рис.3 показано формирование фронта напряжения Uупp - выходного сигнала ВИПр, -соответствующего началу периода преобразования. Срез сигнала Uyпp (окончание длительности tи) происходит в момент сравнения напряжения ubx с линейно изменяющимся напряжением интегратора Uи.

Схема разомкнутого ВИП имеет большую погрешность из-за нестабильности периода преобразования (для получения стабильного периода преобразования лучше использовать генератор с кварцевым резонатором) и нестабильности постоянной времени интегратора. Для повышения точности ВИП в схему вводится отрицательная обратная связь, реализуемая на модуляторе М с коэффициентом передачи Км=1/Квипр. При этом в прямом тракте замкнутой системы устанавливается фильтрующий усилитель с коэффициентом Кфупт (рис.1). Для пояснения работы замкнутого ВИП рассмотрим случай, когда входное напряжение U1 равно нулю. По дополнительному каналу напряжение U1 сразу поступает на вход сумматора Z2, где, складываясь с напряжением смещения (+Е/2 - необходимо для того, чтобы при нулевом напряжении U1 формируемая длительность Ш равнялась половине периода Т, см. рис.3) передаётся на вход ВИПр. Если допустить, что ВИПр выполнит преобразование абсолютно точно (Ш=Т/2), то среднее значение выходного напряжения М будет равно напряжению U1, т.е. нулю, и сигнал рассогласования (с выхода £1), усиленный ФУПТ и также равный нулю, будет свидетельствовать о точном преобразовании напряжения в длительность. При неточном преобразовании среднее значение напряжения um будет отличаться от U1. Тогда на вход ВИПр поступит усиленное в Кфупт раз напряжение ошибки. Отработка этой ошибки по каналу ООС приведёт к установлению на выходе ВИПз длительности 1и с погрешностью в Кфупт раз меньше погрешности ВИПр.

Формируемая ВИПз длительность управляет работой ключей AM:

Из последнего выражения видно, что отклонение напряжения U1 от нуля приводит к отклонениям значения длительности от величины Т/2 в диапазоне [0:Т]. При этом абсолютное значение напряжения U1 не должно превышать Е/2.

Тогда среднее значение выходного напряжения амплитудного модулятора AM:

После упрощения формула выходного напряжения множительно-делительного устройства принимает вид:

В динамическом режиме быстродействие МДУ определяется временем установления ВИПз и сглаживающего фильтра Ф. Уменьшить время установления Ф можно использованием многозвенного сглаживающего фильтра, а для увеличения быстродействия ВИПз служит дополнительный канал (рис.4).