Тема: Універсальні функціональні перетворювачі , що реалізують метод вирішального підсилювача зі змінним коефіцієнтом передачі

Ціль:

• Аналіз роботи схеми функціонального перетворювача із двополюсними й триполюсними диодними осередками.

• Розрахунок параметрів диодного функціонального перетворювача.

Більше досконалими є диодні функціональні перетворювачі, що реалізують метод вирішального підсилювача зі змінним коефіцієнтом передачі. У таких перетворювачах найчастіше використаються диодні осередки, показані на мал.1. Двополюсний осередок (мал. 1. а) відрізняється простотою розрахунку й наступного настроювання, однак для кожного такого осередку потрібно незаземлене джерело опорної напруги U0. Для триполюсного осередку (мал. 1.6) джерело опорної напруги U0 загальне для всіх осередків, необхідне замикаюче (або що відмикає) напруга на діоді VD формується за допомогою резисторів R0 й R1, які одночасно використовуються й при формуванні крутості моделюємої функції на відповідній ділянці апроксимації. Ця обставина створює певні труднощі при розрахунках і наступному експериментальному підстроюванні.

а) б)

Рис.1. Двополюсна (а) і триполюсна (б) диодні осередки.

При побудові розглянутих перетворювачів використовуються в різних комбінаціях схеми на мал.2 . Якщо прийняти, що для даної ділянки відтвореної функції опір відповідної диодно-резистивного осередку дорівнює Rd1 а для схеми на мал. 2, в - Rd1 й Rd2, то крутість формованої ділянки (коефіцієнт передачі підсумовуючого підсилювача) для схем на мал. 2, а, б, у відповідно складе:

S_a= -R/R_d1; S_б= -R_d1/R; S_в= -R_d1/R_d2

Знак «-« указує на властивості, що інвертують, підсумовуючого підсилювача.

а) б) в)

Рис. 2. Схеми включення диодного перетворювача Rdi на вході підсумовуючого підсилювача (а), у ланцюзі його зворотного зв'язку (в), на вході верб ланцюга зворотного зв'язку одночасно (в).

Як приклад розглянемо, функціональний перетворювач із двополюсними диодними осередками, схема якого наведена на мал. 3, а. Перетворювач містить два ідентичних набори із трьох двополюсних диодних осередків з опорними (замикаючими) напругами 5,10 й 15 В. Початкова ділянка моделюємої функції (до спрацьовування діодів VD1 або VD11) формується за допомогою резистора R0. У положенні "здвоєного" перемикача X, показаному на схемі й керованого клавішею X клавіатури, перетворювач реалізує схему включення на мал. 2, а; при перекладі цього перемикача в інше (протилежне) положення — схему на мал. 2, б. Підсумовуючий підсилювач виконаний на
операційному підсилювачі OU1, на OU2 виконаний підсилювач, що інвертує,
з коефіцієнтом передачі -1. У положенні ключа Z, показаному на схемі мал. 3, а, моделюєма знакозмінна функція має вигляд, показаний на мал. 2, б. При перекладі ключа Z однойменною клавішею клавіатури в інше положення моделюєма функція має вигляд, показаний на рис 3, в.

а)

б)

в)

г)

Рис. 3. Функціональний перетворювач на двополюсних диодних осередках і підсумовуючому підсилювачі (а) і відтворені їм знакозмінні функції (б,в,г).

З порівняння кривих на мал. 3, б й 3, у видно, що вони абсолютно ідентичні, але розташовуються в різних квадрантах. Зі схеми перетворювача видно, що досягається це використанням підсилювача, що інвертує, на OU2: у першому випадку (мал. 3, б) вихідний сигнал перетворювача знімається з виходу OU2, а в другому (мал. 3, в) - з виходу OU1.

Тепер повернемо перемикач Z у вихідний стан (показаний на мал. 3, а), а перемикачі X однойменною клавішею переведемо в інше положення. Для цього випадку моделюєма функція показана на мал. 3, г.

З порівняння функцій на мал. 3, б й 3, г видно, що ці функції відрізняються не тільки крутістю ділянок апроксимації, але й характером похідній: у першому випадку вона зростаюча, а в другому - убутна. Зі схеми перетворювача видно, що такий ефект досягається за рахунок включення власне диодного перетворювача на вході вирішального підсилювача на OU1 (реалізується схема на мал. 2, а) або в ланцюг його негативного зворотного зв'язку (реалізується схема на мал. 2, б).

У всіх розглянутих режимах роботи перетворювача на мал. 3, а формування початкової (нульової) ділянки провадиться за допомогою резисторів R й RO, тобто крутість цієї ділянки дорівнює So=R/R0 аж до моменту спрацьовування діода VD1 (або VD11). Однак через порівняно великий опір послідовно включеного із цим діодом резистора R1=10 кОм й істотної нелінійності початкової ділянки вольтамперной характеристики діода процес його перемикання затягується.

Хід роботи.

3. Побудуйте схему, зображену на мал. 1. Включите схему. Замалюйте результати, отримані за допомогою осцилографа.

4. Збільште опір резистора R1 до 20 кОм. Включите схему. Замалюйте результати, отримані за допомогою осцилографа. Зрівняєте отримані результати з попередніми результатами. Зробіть виводи.

5. Збільште опір резистора R2 до 10 кОм. Включите схему. Замалюйте результати, отримані за допомогою осцилографа. Зрівняєте отримані результати з попередніми результатами.

Контрольні питання.

1. Складіть формули для визначення крутості кожної ділянки апроксимації перетворювача на мал.3. Опором діодів Rd зневажте, крутість початкової ділянки прийміть рівної S0=R/R0.

Практична робота №11.