Конспект лекций для студентов высших учебных заведений водного транспорта, обучающихся по специальностям - страница 3

В цепях переменного тока интегрирующую и дифференцирующую цепочки употребляют в качестве фазовращателей, вносящих соответственно «отставание» либо «опережение» по фазе. Для роста фазового сдвига RС-цепочки включают по схеме, показанной на рис.22.
В подкорректирующих Конспект лекций для студентов высших учебных заведений водного транспорта, обучающихся по специальностям - страница 3 элементах, выполненных на ОУ с инвертирующим включением, RC-цепочки устанавливают на входе усилителя и в цепи оборотной связи. На рис.23 показаны схемы интегрирующего (а) и дифференцирующего (б) устройств с идеализированными передаточными Конспект лекций для студентов высших учебных заведений водного транспорта, обучающихся по специальностям - страница 3 функциями





Рис. 20. Интегрирующая цепочка Рис. 21. Дифференцирующая цепочка Рис. 22. Фазовращатель


Интегрирующие устройства используются в качестве генераторов пилообразного напряжения, к примеру, в генераторах развертки электронно-лучевых индикаторов, в формирователях импульсов с продолжительностью, пропорциональной данному напряжению. Применение интегрирующих устройств Конспект лекций для студентов высших учебных заведений водного транспорта, обучающихся по специальностям - страница 3 в регуляторах наращивает точность регулирования, повышая порядок астатизма. Для сброса выходного напряжения интегратора употребляют управляемый главный элемент в цепи оборотной связи. Недочетом интегратора на ОУ является неспешное нарастание выходного сигнала до Конспект лекций для студентов высших учебных заведений водного транспорта, обучающихся по специальностям - страница 3 уровня насыщения при отсутствии «полезного» сигнала на входе вследствие интегрирования низкочастотной помехи, возникающей из-за дрейфа нуля. Если такое явление неприемлимо, используют цифровые интеграторы.



Рис. 23. Корректирующие звенья с операционными усилителями


Дифференцирующее устройство чувствительно Конспект лекций для студентов высших учебных заведений водного транспорта, обучающихся по специальностям - страница 3 к частотным помехам: его коэффициент усиления по переменной составляющей пропорционален частоте. Реальное дифференцирующее устройство, как и хоть какое другое, обладает некой инерционностью. Если инерционность недостаточна для ослабления частотной помехи, ее наращивают Конспект лекций для студентов высших учебных заведений водного транспорта, обучающихся по специальностям - страница 3 установкой резистора – поочередно с конденсатором – либо конденсатора – параллельно резистору оборотной связи, как показано пунктиром на рис. 23,б.
3.3. Фильтры

Предназначение фильтра – пропускать сигналы исключительно в определенной полосе частот. Различают фильтры низкой (ФНЧ) и Конспект лекций для студентов высших учебных заведений водного транспорта, обучающихся по специальностям - страница 3 высочайшей (ФВЧ) частоты, полосовые и режекторные (не пропускающие сигналы в определенной полосе частот). В системах автоматики в большинстве случаев используются ФНЧ, которые пропускают низкочастотные сигналы о состоянии объектов, довольно инерционных, а высокочастотные Конспект лекций для студентов высших учебных заведений водного транспорта, обучающихся по специальностям - страница 3 составляющие сигналов, являющиеся помехами, отсекают. Безупречный ФНЧ обязан иметь прямоугольную амплитудно-частотную характеристику (АЧХ) и линейную фазочастотную характеристику (ФЧХ) – рис.24,а. При всем этом сигнал не искажается, а только задерживается на время, равное Конспект лекций для студентов высших учебных заведений водного транспорта, обучающихся по специальностям - страница 3 тангенсу угла наклона ФЧХ. Безупречный фильтр нереализуем. Свойства реальных фильтров стараются приблизить к безупречным по трем показателям: равномерность АЧХ в полосе пропускания  < c, крутизна спада АЧХ при  >c и линейность ФЧХ. Хорошими по одному из перечисленных характеристик являются Конспект лекций для студентов высших учебных заведений водного транспорта, обучающихся по специальностям - страница 3, соответственно, фильтры Баттерворта, Чебышева и Бесселя. Основными параметрами фильтра данного типа являются порядок его передаточной функции, частота среза c, а для фильтров Чебышева к тому же допустимая степень неравномерности в полосе Конспект лекций для студентов высших учебных заведений водного транспорта, обучающихся по специальностям - страница 3 пропускания.



Рис. 24. Фильтр низкой частоты на ОУ


Простой фильтр первого порядка – интегрирующая RC-цепочка. Для роста крутизны спада АЧХ соединяют поочередно несколько интегрирующих RC-цепочек. Подобные фильтры на пассивных элементах ослабляют сигнал, а Конспект лекций для студентов высших учебных заведений водного транспорта, обучающихся по специальностям - страница 3 их частотные свойства далеки от безупречных. В текущее время обширно используются активные фильтры различных типов на ОУ. Пример ФНЧ второго порядка приведен на рис. 24,б. Номиналы резисторов и конденсаторов в этой Конспект лекций для студентов высших учебных заведений водного транспорта, обучающихся по специальностям - страница 3 схеме унифицированы. Передаточная функция фильтра



Тип фильтра определяется значением сопротивления резистора в цепи оборотной связи (параметром ^ К). Используются также фильтры с несколько другим подключением частей R, C к ОУ. Поочередным соединением нескольких фильтров получают фильтры Конспект лекций для студентов высших учебных заведений водного транспорта, обучающихся по специальностям - страница 3 более высочайшего порядка. Довольно нередко в качестве ФНЧ используют интегратор.

3.4. Сенсоры

Термин детектирование переводится как открытие, обнаружение. Амплитудный, фазовый и частотный сенсоры конвертируют в сигнал неизменного тока соответственно амплитуду переменного напряжения, его Конспект лекций для студентов высших учебных заведений водного транспорта, обучающихся по специальностям - страница 3 фазовый сдвиг и отклонение частоты относительно «опорного» сигнала. Фазовый и частотный сенсоры как устройства, реагирующие на рассогласование величин, именуют также дискриминаторами. В системах автоматики довольно нередко используются измерительные устройства с выходным сигналом Конспект лекций для студентов высших учебных заведений водного транспорта, обучающихся по специальностям - страница 3 переменного тока, амплитуда которого пропорциональна измеряемой величине, а фазовый сдвиг относительно «опорного» сигнала, принимающий только значения 0 либо , представляет символ измеряемой величины. Фазовый сенсор, применяемый для преобразования сигнала с такового измерительного Конспект лекций для студентов высших учебных заведений водного транспорта, обучающихся по специальностям - страница 3 устройства в сигнал неизменного тока, нередко именуют фазочувствительным выпрямителем. Существует много разных схем сенсоров. Разглядим некие принципы их работы.

^ Механизм работы амплитудного сенсора объясняет рис.25. Устройство состоит из однополупериодного выпрямителя и ФНЧ. Выходное напряжение Конспект лекций для студентов высших учебных заведений водного транспорта, обучающихся по специальностям - страница 3 Uвых > 0 запирает диодик. Ток через диодик протекает в течение маленьких интервалов времени, когда Uвх > Uвых , и подзаряжает конденсатор. В остальное время конденсатор разряжается через резистор R. Для того чтоб пульсации выходного напряжения были Конспект лекций для студентов высших учебных заведений водного транспорта, обучающихся по специальностям - страница 3 пренебрежимо малы, неизменная времени фильтра должна быть много больше периода сигнала.



Рис. 25. Амплитудный сенсор


За время конфигурации тока от 0 до наибольшего значения фаза входного сигнала t изменяется на угол , именуемый углом отсечки Конспект лекций для студентов высших учебных заведений водного транспорта, обучающихся по специальностям - страница 3.

Амплитудный сенсор именуют пиковым, если выходное напряжение фактически равно амплитуде входного напряжения. В пиковом сенсоре угол отсечки  должен быть очень малым, а это может быть при условии, что неизменная времени разряда конденсатора Конспект лекций для студентов высших учебных заведений водного транспорта, обучающихся по специальностям - страница 3 много больше неизменной времени заряда, другими словами R>>Rд, где Rд – прямое сопротивление диодика. При малых углах осечки 3  3Rд /R.

Фазовый сенсор с суммированием входного и опорного сигналов работает последующим образом. Сумму Конспект лекций для студентов высших учебных заведений водного транспорта, обучающихся по специальностям - страница 3 входного и опорного сигналов



подают на нелинейный элемент, после которого сигнал поступает на ФНЧ. Представим, для простоты, что нелинейный элемент имеет квадратичную характеристику. Тогда сигнал после нелинейного элемента можно представить как Конспект лекций для студентов высших учебных заведений водного транспорта, обучающихся по специальностям - страница 3 сумму 3-х сигналов: 2-ух неизменных составляющих, одна из которых находится в зависимости от фазового сдвига, а другая не зависит, и переменной составляющей с частотой 2:



Частотная составляющая не проходит через фильтр, а не зависящая от фазы Конспект лекций для студентов высших учебных заведений водного транспорта, обучающихся по специальностям - страница 3 неизменная составляющая зануляется благодаря использованию двухконтурной схемы сенсора.

Пример «балансного» фазового сенсора с суммированием входного и опорного сигналов приведен на рис.26. При отсутствии входного сигнала Uвх напряжение Uоп делает однообразные Конспект лекций для студентов высших учебных заведений водного транспорта, обучающихся по специальностям - страница 3 токи через диоды. Направления токов в резисторах R1, R2 обратны, в итоге Uвых = 0. Если напряжение Uвх в фазе с Uоп, то ток i1 возрастает, а ток i2 миниатюризируется, Uвых > 0. Если напряжения Uвх и Конспект лекций для студентов высших учебных заведений водного транспорта, обучающихся по специальностям - страница 3 Uоп в противофазе, Uвых < 0. Выясним нрав зависимости выходного сигнала от амплитуд и фазового сдвига напряжений Uвх и Uоп. На рис.26,б U1 и U2, E1 = U1 + U2, E2 =U1-U2 – всеохватывающие Конспект лекций для студентов высших учебных заведений водного транспорта, обучающихся по специальностям - страница 3 амплитуды напряжений в обмотках трансформаторов и суммарные ЭДС в верхнем и нижнем контурах схемы. Как надо из векторной диаграммы,






Рис. 26. Балансный фазовый сенсор

Предполагая, что одно из напряжений U1, U2 много меньше другого, получим



Если фазовый Конспект лекций для студентов высших учебных заведений водного транспорта, обучающихся по специальностям - страница 3 сдвиг  воспринимает только два значения 0 либо , то выходной сигнал пропорционален амплитуде входного сигнала, а его полярность определяется значением . Если схема работает как фазовый сенсор, амплитуду входного сигнала стабилизируют, а опорный Конспект лекций для студентов высших учебных заведений водного транспорта, обучающихся по специальностям - страница 3 сигнал за ранее сдвигают по фазе на 90. При всем этом Uвых 2U1sin .

^ В фазовом сенсоре с перемножением входного и опорного сигналов сигнал-произведение



поступает на ФНЧ, который не пропускает высокочастотную составляющую. Если Конспект лекций для студентов высших учебных заведений водного транспорта, обучающихся по специальностям - страница 3 нужна синусоидальная зависимость выходного сигнала от фазового сдвига, опорный сигнал сдвигают по фазе на 90.

Заместо множительного элемента может применяться коммутатор, управляемый опорным сигналом (рис. 27,а). В данном случае зависимость выходного сигнала от амплитуды опорного Конспект лекций для студентов высших учебных заведений водного транспорта, обучающихся по специальностям - страница 3 сигнала исключается.



Рис. 27. Примеры фазовых сенсоров


На рис. 27,б приведен пример ФЧВ с коммутирующим элементом, выполненным на транзисторах. Эта схема использована в судовом управляющем комплексе «Печора». Транзисторы открываются на полпериода опорного напряжения Uоп Конспект лекций для студентов высших учебных заведений водного транспорта, обучающихся по специальностям - страница 3, при всем этом входное напряжение Uвх заряжает конденсатор. Если напряжения Uвх и Uоп в фазе, Uвых > 0, если в противофазе, Uвых < 0. Оба транзистора 1-го типа. Один транзистор работает в прямом режиме, другой Конспект лекций для студентов высших учебных заведений водного транспорта, обучающихся по специальностям - страница 3 в оборотном. При изменении полярности Uвх режимы обоих транзисторов изменяются, но их суммарное сопротивление остается этим же самым.

Для исключения переменной составляющей на выходе сенсора неизменная времени ФНЧ должна быть Конспект лекций для студентов высших учебных заведений водного транспорта, обучающихся по специальностям - страница 3 много больше периода сигнала ^ Т. Чтоб обеспечить резвую реакцию сенсора на изменение фазы, заместо ФНЧ используют интегратор с временем интегрирования, кратным периоду Т. В момент окончания интегрирования выходной сигнал снимается с интегратора Конспект лекций для студентов высших учебных заведений водного транспорта, обучающихся по специальностям - страница 3 в виде дискретного отсчета, а интегратор сбрасывается. В современных информационно-измерительных и управляющих системах операции умножения (коммутации) и интегрирования, нужные для детектирования, нередко производятся цифровыми устройствами.

^ Частотные сенсоры можно отнести к двум главным Конспект лекций для студентов высших учебных заведений водного транспорта, обучающихся по специальностям - страница 3 типам. В сенсорах первого типа выходной сигнал находится в зависимости от отличия частоты входного сигнала от эталонной частоты, определяемой настройкой колебательного контура, в сенсорах второго типа – от отличия частоты входного сигнала от Конспект лекций для студентов высших учебных заведений водного транспорта, обучающихся по специальностям - страница 3 частоты эталонного генератора. В системах автоматики обычно используют сенсоры первого типа. Эталонный контур настраивается так, чтоб эталонная частота э находилась на линейном участке АЧХ- либо ФЧХ-контура. Изменение частоты входного сигнала вызывает пропорциональное Конспект лекций для студентов высших учебных заведений водного транспорта, обучающихся по специальностям - страница 3 ему изменение амплитуды и фазы сигнала на резонансном контуре и измеряется амплитудным либо фазовым сенсором.

3.5. Генераторы колебаний

Зависимо от вида колебаний различают генераторы импульсов и гармонических сигналов. В системах автоматики Конспект лекций для студентов высших учебных заведений водного транспорта, обучающихся по специальностям - страница 3 генераторы повторяющихся последовательностей импульсов используются в главном как тактовые для синхронизации работы устройств. Синусоидальные сигналы нужны для измерительных устройств, работающих на переменном токе.

Генераторы колебаний обычно строятся на базе усилителей с положительной оборотной связью. Условием Конспект лекций для студентов высших учебных заведений водного транспорта, обучающихся по специальностям - страница 3 существования незатухающих колебаний (автоколебаний) являются так именуемые баланс амплитуд и баланс фаз: колебание, пройдя замкнутый контур, «возвращается» с той же самой амплитудой и с той же фазой. Это условие Конспект лекций для студентов высших учебных заведений водного транспорта, обучающихся по специальностям - страница 3 производится, если есть частота, на которой разомкнутый контур имеет единичный коэффициент усиления по амплитуде и заносит фазовый сдвиг, кратный 2. Для надежного возбуждения колебаний лучше, чтоб коэффициент усиления был больше 1. Рост амплитуды колебаний автоматом закончится при Конспект лекций для студентов высших учебных заведений водного транспорта, обучающихся по специальностям - страница 3 выходе на нелинейный участок свойства усилителя, где коэффициент усиления меньше. Чем уже полоса частот, в какой есть баланс фаз и амплитуд, тем колебания поближе по форме к гармоническим. Если баланс есть в Конспект лекций для студентов высших учебных заведений водного транспорта, обучающихся по специальностям - страница 3 широкой полосе частот, колебания имеют вид последовательности импульсов.

^ Примеры генераторов импульсов на логических элементах типа инвертор, приведены на рис.28. Схема а содержит цепи положительной (через конденсатор) и отрицательной (через Конспект лекций для студентов высших учебных заведений водного транспорта, обучающихся по специальностям - страница 3 резистор) оборотных связей.



Рис. 28. Генераторы импульсов на логических элементах


Пока U2 = 0 и U3 = 1, происходит заряд конденсатора, и напряжение ^ U1 вырастает. Как оно достигнет значения Uп – порога срабатывания инвертора, сигналы U2 и U3 инвертируются, перепад Конспект лекций для студентов высших учебных заведений водного транспорта, обучающихся по специальностям - страница 3 напряжения U2 проходит через конденсатор на вход VD1, изменяя скачком напряжение U1. Начинается разряд конденсатора до того времени, пока напряжение U1 не достигнет порога Uп, когда произойдет инвертирование сигналов U2 и Конспект лекций для студентов высших учебных заведений водного транспорта, обучающихся по специальностям - страница 3 U3 .

В схеме б контур положительной оборотной связи образован элементами VD1, C, VD3. Конденсатор заряжается от VD2 при U2 = 0 до того времени, пока напряжение U3 не достигнет значения Uп, после этого напряжения U1 и U Конспект лекций для студентов высших учебных заведений водного транспорта, обучающихся по специальностям - страница 32 инвертируются и начинается разряд конденсатора.

^ Пример генератора импульсов на операционном усилителе дан на рис. 29. Если Uс < Uп , то Uвых  E+ и напряжение Uс вырастает. Как выполнится условие Uс > Uп, выходное напряжение, а как следует и напряжение Uп, сменят полярность и напряжение Uс Конспект лекций для студентов высших учебных заведений водного транспорта, обучающихся по специальностям - страница 3 начнет уменьшаться до выполнения условия Uс < Uп и т.д.



Рис. 29. Генератор импульсов на операционном усилителе


^ Механизм работы RC-генератора гармонических колебаний объясняет рис. 30,а. Для заслуги баланса фаз при использовании инвертирующего усилителя (У) в Конспект лекций для студентов высших учебных заведений водного транспорта, обучающихся по специальностям - страница 3 цепь ОС устанавливают фазовращатель (ФВ), вносящий фазовый сдвиг в 180. Сдвиг в 180 на определенной частоте, именуемой квазирезонансной, можно получить, к примеру, соединив поочередно три интегрирующих (либо дифференцирующих) RC-цепочки. Если использованы Конспект лекций для студентов высших учебных заведений водного транспорта, обучающихся по специальностям - страница 3 дифференцирующие цепочки, коэффициент усиления вырастает с повышением частоты, а если использованы интегрирующие цепочки, коэффициент усиления вырастает с уменьшением частоты. При большенном коэффициенте усиления условия возбуждения колебаний производятся не только лишь на квазирезонансной Конспект лекций для студентов высших учебных заведений водного транспорта, обучающихся по специальностям - страница 3 частоте, потому форма колебаний отличается от синусоидальной.

Рис.30. RC-генератор

При неинвертирующем усилителе (рис.30,б) цепь положительной ОС не должна заносить фазового сдвига на частоте генерации. Таким свойством обладает «мост Вина» – Г-образная RC Конспект лекций для студентов высших учебных заведений водного транспорта, обучающихся по специальностям - страница 3-цепочка, обведенная пунктиром. На частоте с нулевым фазовым сдвигом ее усиление очень. Более низкие частоты ужаснее проходят через конденсатор С1, более высочайшие ослабляются конденсатором С2. Благодаря частотной избирательности моста Вина условие Конспект лекций для студентов высших учебных заведений водного транспорта, обучающихся по специальностям - страница 3 возбуждения колебаний производится в более узенькой полосе частот, форма колебаний поближе к синусоидальной, а частота стабильнее. Еще выше частотная избирательность резонансного контура.

^ Примеры генераторов гармонических колебаний с резонансным контуром приведены на рис.31. В Конспект лекций для студентов высших учебных заведений водного транспорта, обучающихся по специальностям - страница 3 схеме рис.31,а оборотная связь снимается с отдельной обмотки (трансформаторная связь). Конструктивно проще генераторы, выполненные по схеме «трехточки». В их контур имеет три точки подключения по переменному напряжению к трем выводам транзистора Конспект лекций для студентов высших учебных заведений водного транспорта, обучающихся по специальностям - страница 3 (база, эмиттер, коллектор). В индуктивной трехточке ОС снимается с отдельного отвода катушки индуктивности, в емкостной трехточке (рис.31,б) – с делителя, образованного конденсаторами контура (С1, С2).




Рис. 31. Примеры генераторов с резонансным Конспект лекций для студентов высших учебных заведений водного транспорта, обучающихся по специальностям - страница 3 контуром

Для возбуждения генератора нужно, чтоб реактивные сопротивления частей, включенных меж коллектором – эмиттером и базой – эмиттером, были схожего знака, обратного знаку реактивного сопротивления элемента, включенного меж коллектором и базой.

Этими элементами могут быть Конспект лекций для студентов высших учебных заведений водного транспорта, обучающихся по специальностям - страница 3 не только лишь одиночные конденсаторы либо катушки индуктивности, да и их сочетания, образующие контуры. На частоте ниже резонансной реактивное сопротивление поочередного контура имеет емкостный нрав, на частоте выше резонансной – индуктивный. У параллельного контура нрав Конспект лекций для студентов высших учебных заведений водного транспорта, обучающихся по специальностям - страница 3 конфигурации реактивного сопротивления обратный.

Для увеличения стабильности частоты генератора используют кварцевые резонаторы. Кварцевая пластинка, как упругое тело, обладает резонансной частотой механических колебаний. Деформация пластинки вызывает возникновение на ее поверхности зарядов, а Конспект лекций для студентов высших учебных заведений водного транспорта, обучающихся по специальностям - страница 3 под воздействием электронного поля происходит деформация (прямой и оборотный пьезоэффекты). При совпадении частоты приложенного к пластинке напряжения с ее своей частотой появляется резонанс, усиливающий колебания тока во много раз. Стабильность характеристик и Конспект лекций для студентов высших учебных заведений водного транспорта, обучающихся по специальностям - страница 3 добротность кварцевого резонатора много выше, чем LC-контура. Потому выше стабильность своей частоты резонатора и слабее ее зависимость от всеохватывающего сопротивления присоединенных к резонатору частей. В схему генератора кварцевый резонатор включают различными Конспект лекций для студентов высших учебных заведений водного транспорта, обучающихся по специальностям - страница 3 методами, к примеру, в цепь оборотной связи либо как индуктивное сопротивление в схеме трехточки, почаще емкостной. Значение своей частоты кварцевой пластинки определяется ее размерами и типом среза – ориентацией пластинки относительно осей кристалла. Тип среза Конспект лекций для студентов высших учебных заведений водного транспорта, обучающихся по специальностям - страница 3 оказывает влияние на чувствительность своей частоты к температуре. Зависимо от предназначения генератора используют различные типы срезов.



konspekt-otkritogo-uroka-po-istorii-vencenosnaya-semya-romanovih.html
konspekt-otkritogo-uroka-po-okruzhayushemu-miru-tema-organi-chuvstv.html
konspekt-otkritogo-uroka-razvitiya-rechi-s-elementami-pedagogicheskoj-masterskoj-po-literature-v-8-klasse-uchitelya-russkogo-yazika-i-literaturi-viborgskogo-rajona-sankt-peterburga-samsonovoj-tatyani-petrovni-tema-uroka.html