 |
3.3 Регуляторы. 3.3.1 Основные схемы включения ОУ. 3.3.2 Схемы включения ОУ с ограничением входного сигнала
|
|
|
|
3. 3 Регуляторы
Регуляторы предназначены для суммирования задающего сигнала и сигналов обратной связи, а также для формирования статических и динамических характеристик замкнутой системы.
Регуляторы строятся на операционных усилителях (ОУ) в интегральном исполнении. ОУ имеет пять основных выводов (см. рисунок 3. 51):
- два для входных сигналов;
- один выходной;
- два для подключения к источнику питания.
При работе в линейном режиме DUвх = Uвх(–) – Uвх(+) »0. При напряжении питания ±15В напряжение насыщения Uнас = ±13В (см. рисунок 3. 52).
|
Рисунок 3. 51 Рисунок 3. 52 |
.
Пример – пусть Коу = 26000 (10000 £ Коу £ 100000)
1мВ – перевод ОУ с одного уровня на другой.
|
а) б) Рисунок 3. 53 |
3. 3. 1 Основные схемы включения ОУ
Правила для анализа схем ОУ:
- DUвх »0 (т. к. Коу ® ¥ );
- по входу ОУ не потребляет ток Iвх = 0 (т. к. большое входное сопротивление Rвх ® ¥ ).
Инвертирующее включение
а) В соответствии с рисунком 3. 53а, напряжение на выходе ОУ
,
|
Рисунок 3. 54 |
где 
– на инвертирующем входе.
Uвых = –Ioc × Roc (т. к. DUвх = 0),
где Ioc = I1 (т. к. Rвх оу = ¥ ); 
(т. к. DUвх = 0).
Тогда 
.
б) Инвертирующий сумматор (рисунок 3. 53б)
Во входной цепи два независимых контура и I1 не влияет на I2 (см. рисунок 3. 54). Выходной сигнал Uвых находится методом суперпозиции.
,
где 
; 
.
Коэффициент передачи по каждому входу разный К1, К2 и К1 = К2 только при равенстве входных сопротивлений
К1 = К2, если R1 = R2.
Инвертирующее включение применяется:
- для масштабного преобразования и инверсии сигнала;
|
|
|
- для суммирования сигналов с инверсией.
Неинвертирующее включение
а) Изолирующий повторитель (рисунок 3. 55а)
Uвых = Е1 (DUвх = 0)
б) Неинвертирующий усилитель (рисунок 3. 55б)
Uвых = Ioc× Roc + I1× R1,
где Ioc = I1 (т. к. Rвх = ¥ ); I1 = E1/R1 (DUвх = 0).
Uвых = E1/R1× (Roc + R1) = E1× (Roc/R1 + 1) = K(+)× E1,
где К(+) – коэффициент усиления.
; 
.
в) неинвертирующий сумматор (рисунок 3. 55в)
Uвых = Uвх× (Roc/R + 1) = {Roc = R} = 2× Uвх (+).
Uвх (+) =?
Контур К (см. рисунок 3. 55в): E1 – E2 = I× (R1 + R2);
;
при R1=R2;
.
Если R = R1 = R2 = Roc, то Uвых = Е1 + Е2.
В данном случае источники входных сигналов Е1, Е2 действуют друг на друга, чего нет в системах с инвертирующим включением.
|
б) |
|
а) |
Применяются для масштабного преобразования и суммирования сигнала без инверсии.
|
в) Рисунок 3. 55 |
3. 3. 2 Схемы включения ОУ с ограничением входного сигнала
Ограничение выходного сигнала используется для ограничения величины задающего входного сигнала на внутреннем контуре регулирования в системах с подчиненным регулированием параметров.
1) Схемы включения с нерегулируемым ограничением входного сигнала
В соответствии с рисунком 3. 56, ограничение осуществляется за счет введения нелинейных элементов в цепь обратной связи ОУ.
|
а) |
|
б) |
|
в) Рисунок 3. 56 |
;
–(UCT VD2 + DUVD1) £ Uвых £ UCT VD1 + DUVD2,
где Uст – напряжение стабилизации;
DUVD – падение напряжения на диоде (DUVD »1В).
2) Схема включения с регулируемым ограничением выходного сигнала
Принцип классического ограничения состоит в том, что для ограничения выходного сигнала на заданном уровне на вход ОУ следует подавать сигнал в противофазе с задающим.
|
а)
|
При любом сигнале на выходе за счет подачи напряжения смещения с потенциометров R2, R3 на выходе компараторов А2 и А3 будут действовать напряжения обратные для диодов VD2, VD3 (см. рисунок 3. 57а). Следовательно, они закрыты и на вход ничего не подается. Как только сигнал Uвых стал превышать уровень ограничения на выходе А2 и А3 будут действовать напряжения по проводимости диода VD2 или VD3, благодаря чему на вход ОУ (А1) будет подано напряжение в противофазе с входным.
|
|
|
На рисунке 3. 57б применены операционные усилители типа К553УД2А, К153УД2А.
|
б) |
|
в)
|
Ограничение Uвых за счет придания схеме с ОУ мягких внешних характеристик и это достигается путем введения в цепь R2 (см. рисунок 3. 57в). На нем гасится тот излишек напряжения, на который выходной сигнал ОУ превышает заданный уровень выходного.
В соответствии с рисунком 3. 57г, в исходном состоянии, пока схема не достигла исходного ограничения, на выходе А2 действует Å U, превышающее по уровню выходной сигнал, следовательно VD3 закрыт. Когда выходной сигнал приблизится к уровню ограничения, установленному на R3, диод VD3 включается и фиксирует уровень выходного сигнала на уровне сигнала ограничения.
|
г) |
В схеме (см. рисунок 3. 57д) ОУ в режиме ограничения выходит в насыщение, а с помощью R2 устанавливается желаемый уровень выходного напряжения, который представляется частью этого напряжения насыщения.
|
д)
Рисунок 3. 57 |
Iвых ОУ = (3¸ 5)мА.
При R2 > > Roc 
,
где 
.
.
|
|
|
