Интегрирующие устройства

В исходном состоянии VT^ открыт и насыщен. Интегрирующий конденсатор С разряжен (С/с = 0). Напряжение смещения Еэ обычно выбирают таким, чтобы U,m(Q) = E,-I3R3*0.

Интегрирующий конденсатор большой емкости

Замыкание ключа /С приводит к быстрой разрядке конденсатора. Скорость разрядки зависит от сопротивления ключа в замкнутом состоянии. Затем процесс повторяется. Прямой ход пилообразного напряжения в этой схеме формируется при разомкнутом ключе, а обратный — при замкнутом. Таким образом, для реализации этого принципа генератор должен содержать зарядное или разрядное устройство, интегрирующий конденсатор и ключ.

Рассматриваемая система является астатической второго порядка, так как содержит два интегратора [26]. Первый интегратор входит в состав ВР (интегрирующий конденсатор). В качестве второго интегратора И применяется либо электродвигатель, либо электронный усилитель с емкостью в цепи обратной связи. Для обеспечения устойчивости и улучшения качества регулирования в схему включают также корректирующую цепь, которая не показана на 3.51, а.

ного усилителя А и цепи RC, подключается к источнику входного сигнала Ux и начинается зарядка интегрирующего конденсатора С. Зарядка длится строго заданное время ta ( 125, б), что обеспечивается работой счетчика, подключаемого по команде «Пуск» к генератору импульсов заданной частоты. Как только счетчик отсчитает заданное число импульсов п (следовательно, пройдет заданное время ta = пГИМП) где 7\jMn — • период следования импульсов), произойдут переполнение счетчика и установка его в нулевое состояние и одновременно с этим переключение входа интегратора с источника сигнала Их на эталонное напряжение ?эт, имеющее противоположную полярность. Интегрирующий конденсатор начнет разряжаться, и, как только напряжение на выходе интегратора достигнет нуля, в момент времени t0 сработает компаратор и логическое устройство отключит генератор импульсов от счетчика. При этом показания счетчика будут соответствовать числу импульсов, отображаемому в двоичном параллельном коде. Поскольку интегратор работает в строго линейном режиме, то за время ta конденсатор зарядится до напряжения

Если для формирования импульсов длительности tH требуется относительно большое число логических элементов, то в качестве элемента задержки целесообразно использовать интегрирующий конденсатор, шунтирующий выход логического элемента в цепи задержки.

Электронный интегратор — это операционный усилитель, в котором интегрирующий конденсатор включен между входом и выходом ( 2.55). Усилительный каскад на 2.55 изображен схематично. Конкретное схемное выполнение его может быть различным — в качестве усилительного элемента может использоваться полевой или биполярный транзистор, электронная лампа (триод или пентод).

ствующего углу 0{7 = 2jT, реле срабатывает и интегрирующий конденсатор разряжается до нуля. При этом время разряда конденсатора должно быть значительно меньше времени изменения угла $и от 0 до 2я. Это условие осуществляется подбором сопротивления /?. На интеграторе / (см. 15.2) устанавливают начальные условия в масштабе скольжения. В данной работе рекомендуется использовать следующие масштабы переменных: скольжения ms — = 100/2 = 50 В/ед.; угла нагрузки me = 100/2я= 15,9 В/ед.; тригонометрических функций msln = 50 В/ед.; времени тт=1,0; нагрузки /пд)=50 В/ед. Тогда для выполнения условия (15.9) на выходе интегратора / надо установить начальное скольжение (В)

Интегрирующий конденсатор С2 имеет большую емкость, поэтому при подаче на него симметричного знакопеременного напряжения частотой 300 гц он практически не заряжается. В связи с этим двойная лампа Л3 будет работать в симметричном режиме, при котором на выходных клеммах трансформатора Тр напряжение будет равно нулю.

ствующего углу 6[/ = 2л, реле срабатывает и интегрирующий конденсатор разряжается до нуля. При этом время разряда конденсатора должно быть значительно меньше времени изменения угла 6^ от 0 до 2я. Это условие осуществляется подбором сопротивления R. На интеграторе / (см. 15.2) устанавливают начальные условия в масштабе скольжения. В данной работе рекомендуется использовать следующие масштабы переменных: скольжения ms = = 100/2 = 50 В/ед.; угла нагрузки те = 100/2я = 1 5,9 В/ед.; тригонометрических функций msin = 50 В/ед.; времени mt=l,0; нагрузки тм = 50 В/ед. Тогда для выполнения условия (15.9) на выходе интегратора 1 надо установить начальное скольжение (В)

Другие применения аналоговых ключей. Управляемые напряжением аналоговые ключи образуют блоки, существенно важные для построения схем на ОУ, которые мы увидим в следующей главе - интеграторы, схемы слежения - хранения и пиковые детекторы. К примеру, с помощью ОУ мы сможем построить «подлинный» интегратор (в отличие от приближения к интегратору, которое мы видели в разд. 1.15): постоянный входной сигнал генерирует линейно (не экспоненциально) нарастающий сигнал на выходе и т.д. При таком интеграторе мы должны иметь способ «сброса» (восстановления) выхода; с этой задачей справляется ПТ-ключ, шунтирующий интегрирующий конденсатор. Мы не хотели бы здесь полностью описывать данные схемы; поскольку основную часть этих схем составляют ОУ, они естественным образом попадают в следующую главу. Не будем предвосхищать событий.

В течение фиксированного интервала времени интегрирующий конденсатор заряжается током, пропорциональным измеряемому напряжению. По окончании интервала прямого интегрирования начинается разряд интегрирующего конденсатора с постоянной скоростью током от образцового источника. Время, в течение которого конденсатор раз-96

Однофазные счетчики активной энергии индукционной системы — интегрирующие устройства, учитывающие электрическую энергию в цепях переменного тока частоты 50 Гц. На табличке этих приборов ( 85) указаны номинальное напряжение и диапазон токов, у которого нижняя граница является номинальным ТОКОМ, а верхняя — максимальным током, до которого сохраняется необходимая точность счетчика. Учет электрической энергии выполняет роликовый счетный механизм из нескольких роликов,

Из множества имеющейся аппаратуры для измерения вибрации широко применяются электрические измерительные приборы, осуществляющие точный анализ вибрации в широком диапазоне частот. При этом они не влияют на корпус испытуемой машины и позволяют определять все три параметра (смещение, скорость и ускорение) вибрации. Вибрацию можно измерять, используя аппаратуру, предназначенную для акустических исследований, при этом заменив микрофон электродинамическим (индукционным) или пьезоэлектрическим датчиком (акселерометром). Они изготовляются из керамического пьезоэлектрического материала — ти-таната циркония или бария, который обладает сильным пьезоэлектрическим эффектом, заключающимся в появлении электрических зарядов на поверхности некоторых диэлектриков под действием механических усилий. В табл. 3.2 приведены основные характеристики акселерометров отечественного производства. Точность измерения при испытаниях зависит в основном от способа крепления датчика к испытуемой машине. Датчик должен жестко крепиться к машине или платформе, на которой машина установлена, с помощью резьбового соединения, клея или мастики. Поверхность, на которую устанавливается датчик, должна быть тщательно зачищена. На 3.7 представлены некоторые виды акселерометров и способы их крепления. Масса его не должна превышать значения, составляющего десятую долю от массы машины. Электрический сигнал от акселерометра подается на усилительные и интегрирующие устройства. В качестве примера на 3.8 представлена структурная схема устройства для измерения вибрации, в основу которой положены приборы фирмы «Брюль и Къер». На испытуемом двигателе закреплен акселерометр (4328 или 4329), который соединен экранированным кабелем (А00037) через зажим (Р0028) с предварительным усилителем (1606). Сигнал от предварительного усилителя передается на шумомер (№ 2111). К шумо-меру с помощью экранированных кабелей (А00019 и А0002) и зажимов (Р0018 и Р4701) подключается регистратор (2305).

т. е. выходное напряжение будет пропорционально производной фазы входного колебания. Отсюда видно, что для осуществления фазового детектирования может быть использован обычный частотный детектор. Необходимо лишь его дополнить корректирующей цепью, осуществляющей интегрирование выходного напряжения, т. е. цепью с частотной характеристикой вида К(&) — 1/Ш. Простейшие интегрирующие устройства описаны в § 6.5. Подобный прием используется при детектировании колебаний с «медленно» меняющейся фазой, т. е. в случаях, когда производная фазы конечна (например, при передаче речи). В случае же скачкообразного изменения фазы, а также при необходимости сравнения фазы принимаемого колебания с фазой опорного (эталонного) колебания, применяются специальные фазовые детекторы, в которых выходное напряжение пропорционально огибающей напряжения, получаемого при суммировании колебаний со сравниваемыми фазами. Подобные устройства рассматриваются в специальных курсах.

тектор. Необходимо лишь дополнить его корректирующей цепью осуществляющей интегрирование выходного напряжения, т. е. цепью с частотной характеристикой вида К (м»)= 1/иот0. Простейшие интегрирующие устройства описаны в § 6. 5. Подобный прием используется при детектировании колебаний с медленно меняющейся фазой, т. е. когда производная фазы конечна (например, при передаче речи). В случае же скачкообразного изменения фазы, а также при необходимости сравнения фазы принимаемого колебания с фазой опорного (эталонного) колебания применяются специальные фазовые детекторы, в которых выходное напряжение пропорционально огибающей напряжения, получаемого при суммировании колебаний со сравниваемыми (разами, Подобные устройства рассматриваются в специальных курсах, 316

В передатчике ( 4.17) узлами, участвующими в процессе циклового фазирования, являются датчик фазирующей комбинации (ФК) и приемник сигнала «нет фазы» (СНФ). В приемнике для целей фазирования установлены опознаватель ФК (ОФК), УВРФ, интегрирующие устройства (ИУ[ и ИУ2), управляющее

Из зависимости 7<в — /(ЙТ). изображенной на 3.6, а, видно, что погрешность интегрирования синусоидального сигнала всюду отрицательная и резко уменьшается с ростом частоты (точнее, с ростом ют). Таким образом, в противоположность дифференцирующему преобразователю, интегрирующие устройства будут обладать тем меньшей погрешностью, чем больше постоянная времени т. и чем выше частота ш. Однако увеличение т приводит, как и для дифференцирующего преобразователя, к уменьшению чувствительности 1см. (3.17)1.

Для интегрирования мгновенных значений э. д. с., индуктируемой в И К, с целью определения магнитного потока применяют также интегрирующие устройства (интеграторы) как пассивные, основанные, как правило, на rC-цепях, так и активные в виде электронных интегрирующих усилителей. Мгновенное значение выходного напряжения интегратора пропорционально (с некоторым приближением) мгновенному значению полного потока, сцепляющегося с ИК- Измеряя амплитудным вольтметром это напряжение, можно определить максимальное значение магнитного потока. В данном случае требуется градуировка вольтметра совместно с интегратором в единицах магнитного потока. Примером применения интегрирующей rC-цепи может служить устройство, описанное в § 20.17, для определения динамических петель пере-магничивания с помощью электронного осциллографа.

Следствием всего этого будет то, что первичная электрическая величина (в виде тока или напряжения), вызванная непосредственно механическими изменениями (например, ток при пьезоэлектри-' ческом эффекте, индуцированное напряжение при генераторном маг-нитоупругом эффекте), будет пропорциональна не силе F, а ее производной по времени dF/dt. Чтобы получить выходной сигнал, пропорциональный силе, необходимо устройство для непрерывного интегрирования по времени. Однако, ввиду того что интегрирующие устройства, работающие на чисто электрич'еских принципах, невозможно выполнить для граничной частоты, равной нулю, генераторный преобразователь непригоден для прецизионных измерений квазистатических сил.

Из множества имеющейся аппаратуры для измерения вибрации широко применяются электрические измерительные приборы, осуществляющие точный анализ вибрации в широком диапазоне частот. При этом они не влияют на корпус испытуемой машины и позволяют определять все три параметра (смещение, скорость и ускорение) вибрации. Вибрацию можно измерять, используя аппаратуру, предназначенную для акустических исследований, при этом заменив микрофон электродинамическим (индукционным) или пьезоэлектрическим датчиком (акселерометром). Они изготовляются из керамического пьезоэлектрического материала — ти-таната циркония или бария, который обладает сильным пьезоэлектрическим эффектом, заключающимся в появлении электрических зарядов на поверхности некоторых диэлектриков под действием механических усилий. В табл. 3.2 приведены основные характеристики акселерометров отечественного производства. Точность измерения при испытаниях зависит в основном от способа крепления датчика к испытуемой машине. Датчик должен жестко крепиться к машине или платформе, на которой машина установлена, с помощью резьбового соединения, клея или мастики. Поверхность, на которую устанавливается датчик, должна быть тщательно зачищена. На 3.7 представлены некоторые виды акселерометров и способы их крепления. Масса его не должна превышать значения, составляющего десятую долю от массы машины. Электрический сигнал от акселерометра подается на усилительные и интегрирующие устройства. В качестве примера на 3.8 представлена структурная схема устройства для измерения вибрации, в основу которой положены приборы фирмы «Брюль и Къер». На испытуемом двигателе закреплен акселерометр (4328 или 4329), который соединен экранированным кабелем (А00037) через зажим (Р0028) с предварительным усилителем (1606). Сигнал от предварительного усилителя передается на шумомер (№ 2111). К шумо-меру с помощью экранированных кабелей (А00019 и А0002) и зажимов (Р0018 и Р4701) подключается регистратор (2305).

При измерении малых потокосцеплений эти импульсы весьма малы, вследствие чего должны быть применены высокочувствительные интегрирующие устройства.

Лекция 22. Дифференцирующие и интегрирующие устройства............. 224