Электротехника \ Преобразовательная техника

Rc-генератор прямоугольных импульсов на интегральном усилителе постоянного тока. Измерительный преобразователь среднего значения, страница 6

                                           (6)

С учетом (6) и (1) коэффициент передачи ИПСЗ с R5 через номиналы:

                                                     (7)

Обычно R1–R5 выбирают так, чтобы выполнялись условия:

R1=R3=R и R5=2×R4=R¢(*)

Тогда при R6=R¢ коэффициент Кипсз2П/П=–1/p.

Для однополупериодного ИПСЗ

При выполнении условий (*) и R6= R¢ коэффициент Кипсз1П/П также –1/p.

Хотя сигнал с катода VD1 не используется, VD1 необходим для поддержания ООС в ИВ при положительной полярности сигнала Uвх, когда диод VD2 закрыт. Наличие такой связи обеспечивает существование на инвертирующем входе DA2 напряжения «виртуального нуля» когда Uвх0 – в таком случае ток iR4 через R4 отсутствует (при идеальных элементах), и на фильтр поступает сигнал только по входу R5=2R: iR5=Uвх/2R. Когда Uвх0, закрыт VD1, открыт VD2, и на фильтр поступают сигналы по обоим входам. При этом суммарный ток: iS=iR4+iR5=Uив/R–Uвх/2R=Uвх/R–Uвх/2R=–Uвх/2R (знак «минус» в этой формуле показывает, что направление тока iS остается прежним после изменения знака входного напряжения с «плюса» на «минус», т.е. ток iS пульсирует).

Чтобы среднее значение выходного сигнала ИПСЗ не зависело, в частности, от емкости фильтра (как  в силовом выпрямителе), в схеме используется активный фильтр низкой частоты (АФНЧ), в котором постоянные времени заряда и разряда равны: tЗАР=tРАЗР.

Найдем формулу для расчета постоянной времени фильтра, обеспечивающего необходимый коэффициент пульсаций Кп.вых. выходного сигнала фильтра.

Кп.вых определяется отношением амплитуды переменной составляющей выходного напряжения фильтра (Uм.п.вых) к его постоянной составляющей (среднему значению – Uср.вых):

                                                              (8)

Найдем Uм.п.вых и Uср.вых.

В рассматриваемом преобразователе на входе фильтра действует сигнал, представляющий собой результат одно- или двухполупериодного  выпрямления (схема ИПСЗ с R5 и без него) сигнала . Пульсации от n-й гармоники будут определяться модулем коэффициента передачи  фильтра на частоте n-й гармоники и амплитудой пульсации Uм.п.вхn n-й гармоники на входе АФНЧ:

,                            (9)

где   Кус=R6/R4 – коэффициент передачи АФНЧ на нулевой частоте при выполнении условий (*).

Поскольку , формулу (9) можно представить в виде

                                                                   (10)

Из (10) следует, что к наибольшим пульсациям будет приводить та из гармоник, у которой отношение амплитуды к частоте будет максимальным.

Разложение в ряд Фурье результата однополупериодного выпрямления синусоидального сигнала с амплитудой Um

, показывает, что наибольшее отношение амплитуда/частота в таком сигнале имеет первая гармоника с амплитудой Um/2 и поэтому постоянную времени фильтра в однополупериодном ИПСЗ необходимо рассчитывать на подавление первой гармоники.

Среднее значение напряжения (постоянная составляющая) на выходе АФНЧ:

Uср.вых=Uср.вх×Кус=Um×Кус /p,                                                        (11)

После подстановки (11) и (10) в (8) имеем:

                                                (12)

                                                                                   (13)

Из (13) можно выразить постоянную времени фильтра:

                                                                                (14)

Так как в однополупериодном ИПСЗ пульсация на выходе фильтра будет наибольшей от первой гармоники входного сигнала с амплитудой Uм.п.вх.=Um/2, то:

Из последней формулы необходимая постоянная времени фильтра для однополупериодного ИПСЗ:

В двухполупериодном ИПСЗ (с R5) сигнал на входе фильтра представлен гармониками:

И формула для расчета необходимой постоянной времени фильтра в двухполупериодном ИПСЗ примет вид:

Скачать файл