2 Основы аналоговой схемотехники.

2 Основы аналоговой схемотехники.

Функционирование систем управления связано с получением, передачей и обработкой информации о состоянии объектов управления, внешней среды и ходе процессов управления.

    Информация представляется сигналами.

    Сигнал – физический процесс, характеристики которого отображают информацию.

В процессе обработки информации сигналы подвергаются преобразованиям, которые могут быть описаны математическими соотношениями, отражающими алгоритм обработки информации. Таким образом, совокупность алгоритмических либо технических средств, реализующих алгоритм управления, должна реализовывать необходимый набор математических функций.

1.

2.

2. 1. Аналоговые функции

Для описания операций обработки аналоговых сигналов введём аналоговые функции (АФ). АФ – это математическая формулировка операций. Поэтому они не учитывают погрешности, свойственные реальным устройствам, однако учитывают некоторые ограничения, обусловленные физической природой сигналов, например, ограниченный диапазон изменения сигналов, определяемый диапазоном напряжений питания.

АФ могут быть реализованы набором аналоговых устройств (чаще всего аналоговыми интегральными схемами (АИС)). АИС бывают двух видов: универсальные и специализированные.

2. 1. 1. Операция «усиление» (масштабное преобразование)

ymax

x

xmax

y

x

y

k

, н

где у – выходная величина,

х – входная величина,

k – коэффициент передачи

(если k = -1 – инвертирование сигнала)

Уровень ограничения вне рабочего участка характеристики обусловлен ограниченностью диапазонов изменения входной и выходной переменных

 

2. 1. 2.

y

K

xN

x2

x1

Операция «суммирование»

 

2. 1. 3.

x

z

yi = const

Операция «перемножение»

×

y

z

x

,
k – позволяет обеспечить одинаковый диапазон изменения входных и выходных сигналов. |k| < = 1/U_max

 

2. 1. 4. Нелинейность (функциональное преобразование)

а) Общего вида

F

x

y

   y = F(x)         

 

б) Аналитические (элементарные функции, полиномы и т. п. )

в) Типичные

 

 

 

2. 1. 5. Функция «сравнение»

L wy++oEMuTAd35tKr1oAcCQZm96DETJ4T0QdJPSUL0Hmm/+PnPwAAAP//AwBQSwECLQAUAAYACAAA ACEAtoM4kv4AAADhAQAAEwAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAW0NvbnRlbnRfVHlwZXNdLnhtbFBLAQIt ABQABgAIAAAAIQA4/SH/1gAAAJQBAAALAAAAAAAAAAAAAAAAAC8BAABfcmVscy8ucmVsc1BLAQIt ABQABgAIAAAAIQCPYlpHXAgAAOsiAAAOAAAAAAAAAAAAAAAAAC4CAABkcnMvZTJvRG9jLnhtbFBL AQItABQABgAIAAAAIQCvxBUQ3QAAAAYBAAAPAAAAAAAAAAAAAAAAALYKAABkcnMvZG93bnJldi54 bWxQSwUGAAAAAAQABADzAAAAwAsAAAAA ">

x

y

z

-

+

Эта операция аналого-цифровая, т. е. входные

переменные аналоговые, а выходная – логическая

 

Статические функции 1 – 5

Динамические аналоговые функции:

2. 1. 6. Интегрирование

ò

x

x0

y

 

 

2. 1. 7. Динамическое преобразование общего вида (на основе передаточных функций )

W(s)

X(s)

Y(s)

 

2. 1. 8. Фильтрация

ФНЧ LPF

ФВЧ HPF

ПФ ВPF

ПЗФ ВSF

ПЗФ ВSF

2. 1. 9. Специальные аналоговые функции (САФ)

- генераторы сигналов различных типов

- преобразователи частот

- модуляторы

- демодуляторы

2. 1. 10. Аналоговые эталоны (АЭ) - элементы и схемы, обеспечивающие прецизионное (максимально точное) формирование сигналов или эталонов физических величин с заданными параметрами.

2. 2. Операционные усилители

ОУ – это усилитель постоянного тока с большим коэффициентом усиления, большим входным и малым выходным сопротивлением, применяемый в качестве активного элемента в схемах с глубокой ООС. Название указывает на область применения: реализация математических операций.

Основу ОУ составляет дифференциальный усилительный каскад:

ДУ усиливает разность подаваемых на его входы напряжений

,

где  – дифференциальное входное напряжение;

 – дифференциальный коэффициент усиления.

В действительности на выход ДУ влияет также синфазное входное напряжение:

Его влияние на выходной сигнал определяется синфазным коэффициентом усиления:

 при

Таким образом, выходной сигнал ДУ равен

Качество дифференциального усилителя определяется коэффициентом ослабления синфазного сигнала:

Способность ослаблять синфазный сигнал обусловлена симметрией схемотехнического решения, что легко реализуется в интегральных схемах:

Величина  определяется параметрами элементов схемы:

Приближённо

 

1234567Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: