Кусочно-линейные преобразователи и прецизионные амплитудные детекторы

число отрезков которой выбирается, исходя из требуемой точности воспроизведения кривой . Полученная кусочно-линейная функция представляется суммой из отдельных линейных функций

,                            (3.9)

где  при .

Применительно к рассматриваемому примеру (рис. 3.14) функциональная зависимость (3.9) для  может быть реализована нелинейным звеном, схема которого приведена на рис. 3.15,а. При положительном напряжении на выходе операционного усилителя диод  закрыт, а  открыт, и напряжение  на выходе звена снимается с инвертирующего входа ОУ, которое, как известно, при действии достаточно глубокой отрицательной обратной связи повторяет напряжение на неинвертирующем входе ОУ, поэтому . При отрицательном напряжении на выходе ОУ закрыт диод , а  открыт, и звено работает в линейном режиме как инвертирующий сумматор для напряжений :

.               (3.10)

Необходимо подчеркнуть, что выражение (3.10) справедливо только в случае, когда ; при отрицательной полярности этого суммарного напряжения выходное напряжение звена . Передаточная характеристика звена по схеме рис. 3.15,а приведена на рис. 3.15,в. Чтобы сместить ее вправо, т.е. в сторону положительных значений , необходимо, как это видно из (3.10), задать .

Расчет схемы звена можно выполнить в такой последовательности:

– определить из графика функциональной зависимости максимальное значение входной переменной (), и в этой точке найти  для наиболее критического звена, т.е. звена, имеющего наибольшее (по модулю) значение  ();

– зная предельное выходное напряжение ОУ, рассчитать масштабный коэффициент

;

– умножить все парциальные функции (3.9) на  и записать их в виде

;

– вычислить сопротивления резисторов  i-го нелинейного звена из соотношений

;

– если получится , то выход этого звена необходимо подключить к инвертирующему входу выходного сумматора  преобразователя (при этом реализуется функция типа  или ).

Структурная схема кусочно-линейного преобразователя, реализующего функциональную зависимость, показанную на рис. 3.14, приведена на рис. 3.16, где нелинейные звенья выполнены по схеме рис. 3.15,а, а выходной сумматор  – по схеме рис. 3.2,б. Если в результате решения задачи аппроксимации потребуются передаточные характеристики, расположенные во втором квадранте (см. рис. 3.15,г), то используется схема звена, показанная на рис. 3.15,б. При инверсии выходного напряжения этого звена передаточная характеристика расположится в третьем квадранте.

3.9. Прецизионные амплитудные детекторы

Для детектирования амплитудно-модулированного сигнала

                                                     (3.11)

(рис. 3.17,а), т.е. извлечения информации, заключенной в огибающей

                                                             (3.12)

высокочастотных колебаний , используется свойство односторонней проводимости выпрямительного диода (в выражении (3.11)  – коэффициент модуляции).

Схема простейшего амплитудного детектора (АД) приведена на рис. 3.17,б. При подаче на его вход знакопеременного напряжения (3.11) через диод  будет протекать ток только при положительной полярности входного напряжения, и на нагрузке детектора  (при отсутствии конденсатора фильтра ) образуются знакопостоянные импульсы напряжения (рис. 3.17,а), форма которых повторяет (с некоторой погрешностью) форму входного сигнала положительной полярности. В результате такого преобразования выходной сигнал детектора  будет содержать низкочастотную составляющую (3.12) и высокочастотные составляющие, которые устраняются путем низкочастотной фильтрации, в простейшем случае – при подключении к выходу детектора конденсатора . При открытом диоде  конденсатор  быстро заряжается от источника входного сигнала через малое дифференциальное сопротивление открытого диода  и медленно разряжается через сравнительно большое сопротивление  (при закрытом диоде ), вследствие чего напряжение на конденсаторе (а значит, и на выходе детектора) будет с определенной погрешностью соответствовать огибающей (3.12), т.е.  (см. пунктир на рис. 3.17,а). Постоянная времени разряда конденсатора  выбирается не слишком большой, чтобы напряжение  успевало отслеживать изменение амплитуды высокочастотного сигнала . Поскольку диод  открывается только на короткое время, когда , диод работает на начальном нелинейном участке ВАХ (см. рис. 1.7), поэтому детекторная характеристика (зависимость амплитудного значения продетектированного сигнала  от амплитудного значения входного высокочастотного сигнала  при ) простейшего АД (рис. 3.17,б) получается нелинейной (рис. 3.17,в), что приводит к нелинейным искажениям выходного информационного сигнала. При более сложном модулирующем сигнале, состоящем из множества гармоник типа (3.12), работа амплитудного детектора описывается аналогично.

Идеально линейной, начинающейся строго с нуля, детекторной характеристикой (рис. 3.18,б) обладают прецизионные амплитудные детекторы, построенные по схеме рис. 3.15,а или б (при  ) с добавлением на выходе устройства конденсатора