Пред.
След.
Макеты страниц
Распознанный текст, спецсимволы и формулы могут содержать ошибки, поэтому с корректным вариантом рекомендуем ознакомиться на отсканированных изображениях учебника выше Также, советуем воспользоваться поиском по сайту, мы уверены, что вы сможете найти больше информации по нужной Вам тематике ДЛЯ СТУДЕНТОВ И ШКОЛЬНИКОВ ЕСТЬ
ZADANIA.TO
12.3. Схемы для измерения средеквадратичного значенияДля определения При косвенном вычислении используется только один блок умножителя/делителя и обеспечивается хороший динамический диапазон. Принцип работы схемы заключается в следующем:
Рис. 12.3. Блок-схемы преобразователей
поэтому Следовательно,
Можно предложить несколько способов построения схемы измерения "Полупрофессиональный" преобразователь можно построить с использованием микросхем умножителя и делителя (или многофункционального преобразователя, рис. 12.4). Передаточная функция схемы имеет вид:
и, если частота входного сигнала намного больше
Для закоренелых любителей схемотехники на рис. 12.5 приведена полная схема на дискретных элементах. Она приведена здесь потому, что многие промышленные микросхемы строятся на этих же принципах. Предполагая, что все транзисторы и резисторы идеально согласованы, и входная частота намного больше
(см. скан) Рис. 12.4. Преобразователь (см. скан) Рис. 12.5. Преобразователь Схема состоит из двух основных частей. Первая представляет из себя двухполупериодный выпрямитель на ОУ При проектировании помните о следующих моментах. Резисторы, обозначенные как Приведем возможные значения элементов:
Транзисторы
Вид частотной характеристики преобразователя позволяет определить, насколько точно схема может измерять эффективное значение синусоидальных входных сигналов с разными частотами. Частотная характеристика преобразователя определяется несколько иначе, чем характеристики фильтров, усилителей и других линейных устройств. Преобразователь Оэфф является нелинейным узлом, на вход которого подается переменный сигнал, а на выходе вырабатывается постоянное напряжение, поэтому его частотная характеристика определяется как зависимость погрешности преобразования (в процентах) от частоты входного сигнала. Типичная характеристика показана на рис. 12.6. Приведенные на этом графике значения характерны для многих современных промышленных преобразователей Пульсации и погрешность выходного уровня можно уменьшить, увеличивая постоянную времени фильтра, но при этом ухудшается быстродействие схемы. Следовательно, на низких частотах, около 10 Гц, приходится выбирать — увеличить ли постоянную времени сглаживания, что обеспечит хорошую точность, но замедленную реакцию на изменения входного сигнала, или оставить малую постоянную времени, т.е. быструю реакцию, но худшую точность. Приведенные далее выражения могут быть использованы для определения минимальной постоянной времени при заданных уровнях погрешности и пульсаций.
Рис. 12.6. Частотная характеристика преобразователя
Рис. 12.7. Выходной сигнал преобразователя Пэфф при низкой частоте входного сигнала. Ранее была приведена передаточная функция преобразователя
где Для входного синусоидального сигнала, где
получим:
Разложив это выражение в ряд Тейлора, после некоторых тригонометрических выкладок получим:
Погрешность постоянного уровня:
Размах пульсаций:
Высокие частоты. Характеристика преобразователя на высоких частотах ограничивается верхней граничной частотой умножителя/делителя или шириной полосы пропускания и скоростью нарастания сигнала двухполупериодного выпрямителя. Многие устройства для измерения Наличие входного двухполупериодного выпрямителя еще более усложняет оценку высокочастотных параметров, так как он вносит дополнительную погрешность при малом входном высокочастотном сигнале в связи с конечным временем переключения при изменении знака сигнала. При больших входных сигналах переходные процессы при смене знака оказывают меньшее влияние. Если двухполупериодный выпрямитель имеет идеальную характеристику, и все частотные ограничения вносятся только схемой умножителя/делителя, то на очень высоких частотах умножитель/делитель будет реагировать только на постоянную составляющую выходного сигнала выпрямителя (т.е. на Ссвп — прим. ред.) и совсем не реагировать на высокочастотные гармоники. Следовательно, максимальная погрешность составит 11% (это соответствует Таблица 12.2. Зависимость ширины полосы пропускания логарифмирующих преобразователей от величины входного сигнала.
По изображенной на рис. 12.6 характеристике можно оценить усредняющие свойства преобразователя Сэфф в областях низких и средних частот и на постоянном токе. На средних частотах усредение происходит за большое количество периодов входного сигнала, что позволяет получит точное значение Несмотря на то, что обычно усреднение в преобразователе
При ступенчатом изменении входного сигнала постоянного тока от
и процесс установления выходного напряжения описывается выражением:
Время установления Как правило, преобразователь должен измерять Таблица 12.3. Время установления преобразователей
обычно контролируют путем подачи на вход преобразователя импульсной последовательности с известной скважностью, т.е. с известным значением Возрастание погрешностей при увеличении пик-фактора объясняется двумя основными причинами. Первая связана с амплитудной нелинейностью преобразователя, так как сигналы с большими значениями Как говорилось ранее, для уменьшения выходной погрешности постоянного уровня и размаха пульсаций может потребоваться большая постоянная времени. Это, однако снижает скорость реакции, особенно при скачкообразном снижении конденсаторов появляются дополнительные погрешности из-за токов утечки. Для решения этих проблем к выходу преобразователя При использовании этого способа целесообразно определить минимальную постоянную времени, необходимую для получения требуемой точности на нижней частоте входного сигнала, что позволит свести к минимуму емкость сглаживающего конденсатора. При этом можно будет использовать неполярный конденсатор с малой утечкой. Основное сглаживание выходного сигнала преобразователя может выполнить дополнительный фильтр. Это позволит уменьшить пульсации, не слишком увеличивая при этом время реакции (особенно при спаде сигнала); а это обязательно бы случилось, если бы все сглаживание осуществлялось внутри преобразователя. Кроме того, в качестве конденсатора Q в фильтре можно использовать электролитический конденсатор, не беспокоясь при этом о токах утечки.
Рис. 12.8. Фильтрация выходного напряжения преобразователя
Рис. 12.9. Прецизионный преобразователь Для усреднения сигналов с частотами порядка 1 Гц необходимые постоянные времени оказываются слишком велики. Одно из возможных решений состоит в замене ФНЧ интегратором (рис. 12.9). Интегратор интегрирует выходное напряжение умножителя/делителя в течение времени Т. Следовательно, выходное напряжение будет равно:
Значения R и С выбираются так, чтобы
Точное значение Характеристики некоторых промышленных микросхем преобразователей
Рис. 12.10. Микросхема AD637 преобразователя Таблица 12.4. Микросхемы преобразователей (см. скан) Таблица 12.2. (продолжение) (см. скан)
|
1 |
Оглавление
|