Диссертация (1136166), страница 20

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 20)

Это позволит повысить точность моделирования. Вэтом случае при воздействии в виде функции включения τЗ’ = CRC.Далее, если в некоторый момент времени при наличии на конденсаторе Cначального напряжения U0 отключить от входа источник внешнего напряжения, товыходное напряжение начнет снижаться также по экспоненциальному закону: t (2.30)U ВЫХ (t )  U 0 exp . СRD Для этого случая постоянная времени разряда составит τР’ = CRD. В связи с тем, чтоКД обычно работает в режиме детектирования синусоидального напряжения илирадиоимпульсов, то заряд емкости C обычно происходит не по экспоненте, а по некоторойсложной ломаной кривой (рис. 2.11). Поэтому для КД имеем τЗ ≠ τЗ’.

Поскольку процессразряда емкости C определяется постоянной времени цепи C — RD, то τР = τР’.Интервал выходного напряжения в установившемся режимеωt22УUВХ(t)Рис. 2.11. Процесс детектирования синусоидального напряжения при использовании КД2. Детектор пиковых значений может быть реализован в виде схемы, аналогичнойКД (рис. 2.10). Разница состоит в том, что отношение τР/τЗ будет существенно выше. Напрактике используют также и другой принцип детектирования пикового значения [85].Вдетекторескомпенсационнымизмерением(рис.2.12)используетсярегулируемое напряжение смещения UЗ и какие-либо средства индикации, например,звуковые.

При измерениях напряжение UЗ плавно увеличивается, начиная с нулевогозначения, до тех пор, пока индикатор не покажет полного исчезновения сигнала. При этомнапряжение UЗ будет численно равно пиковому напряжению на выходе линейного трактаизмерителя помех:U П  АМ  2G0Фf ИМП ,(2.31)где AM — значение первого максимума огибающей на выходе фильтра промежуточнойчастоты (ПЧ) при коротком импульсном воздействии [77]; Ф — модуль спектральнойплотности (электрическая площадь) импульса; f ИМП — ширина импульсной полосыфильтра ПЧ. Используя введенные в теории полосовых фильтров определения, можно86показать, что для двухкаскадного фильтра ПЧ при критической связи контуровИзмерительныйприборf ИМП = 1,05 f , где f — полоса пропускания фильтра по уровню -6 дБ.Рис.

2.12. Схема детектора с компенсационным измерениемСхема на рис. 2.12 предполагает анализ выходного сигнала при помощииндикаторных цепей с помощью некоторого порогового устройства. Она оказываетсясущественно сложнее, чем схема на рис. 2.10. Поэтому в качестве основы для построениямодели пикового детектора следует рассматривать схему, в целом аналогичную КД.3.

Детектор средних значений обычно в аналоговом исполнении строится последующей схеме (рис. 2.13). Резисторы RC, RD и емкость С выбираются таким образом,чтобы на C выделялась огибающая напряжения с частотой заполнения, равнойпромежуточной. Для определения среднего уровня огибающей необходимо, чтобывыполнялось условие R1C1 >> RDC, что обеспечивает подавление высокочастотныхгармоник.Рис. 2.13. Схема детектора среднего значенияСреднее значение огибающей сигнала на выходе ФПЧ, может быть найдено поT1A(t )dt , где A(t) — функция огибающей. Анализ схемы на рис.

2.13T  T 0формуле U 0  limпозволяет прийти к выводу о её применимости в модели ИП с некоторыми доработками.Данная схема обладает тремя недостатками:— из-за последовательного включения сопротивлений RC и RD сигнал на емкости Cне достигает значений функции A(t) и будет всегда меньше ее значений;— усредняющая часть детектора обладает инерционностью по выходу уровняUВЫХ(t) на установившееся значение; чем меньше будет его значение, тем более сильныепульсации выходного напряжения детектора будут наблюдаться;87— цепь R1C1 затрудняет идентификацию параметров элементов детектора иоказывает в целом негативное влияние на выделение огибающей A(t).Первый и последний из указанных недостатков могут быть легко устраненысоответствующей модификацией схемы на рис.

2.13; второй может быть использован вкачестве идентификационного критерия для элементов усредняющей цепи.4. Детектор среднеквадратичного значения может быть построен по схеме,изображенной на рис. 2.14. Номиналы элементов RC, RD и емкость С выбираются такимобразом, чтобы на C выделялась огибающая напряжения. Для получения значения,пропорционального квадрату огибающей, в схему введен функциональный элемент F1 сквадратичной передаточной характеристикой. Им может являться диод, работающий врежиме детектирования на начальном квадратичном участке, однако уровень огибающейдля обеспечения необходимого динамического диапазона ИП может быть существеннобольше, чем участок квадратичного детектирования у диода. Поэтому обычно в ИПиспользуют специальные цепи с квадратичной передаточной характеристикой. РезисторR1 и емкость C1 используются для получения квадрата среднеквадратичного значения; дляобразуемой ими цепи должно выполняться условие R1C1>>RDC.

Функциональныйэлемент F2 имеет выходное напряжение, пропорциональное квадратному корню извходного напряжения.Рис. 2.14. Детектор среднеквадратичного значенияСреднеквадратическое значение напряжения на периоде описывается выражениемT1(u (t )) 2 dt . Схема на рис. 2.14 с позиции моделирования обладаетT  T 0U 2  limнедостатками, свойственными детектору средних значений, которые, однако, могут бытьлегко устранены модификацией схемы. Функциональные элементы F1 и F2 примоделированиизаменяютсяуправляемымиисточниками,обеспечивающимисоответствующее математическое преобразование.Из изложенного следует потенциальная возможность построения схем замещениядетекторов измерительных приемников, в т.ч.

на основе параметрических моделей. Дляэтого необходимо выработать методику идентификации параметров схем замещения похарактеристикам, задаваемым стандартами.88Разработка моделей детекторов ИП и методов идентификации их параметров.Модели рассмотренных выше типов детекторов должны удовлетворять следующимтребованиям:— компактность и невысокие вычислительные затраты;— конфигурируемость.Макромодели узлов ИП, построенные на основе феноменологического метода,приобретают ряд новых свойств; в частности, некоторые характеристики для нихнивелируются.

Для моделей ИП понятия коэффициента перегрузки, нелинейности,эффективности экранирования и т.п. не имеют смысла. Это объясняется идеальностьюмодели по отношению к физически существующему объекту и будет следовать изпредлагаемой ниже структуры моделей.1. Модель квазипикового детектора представлена на рис. 2.15. В ней диод VD1заменен ключом SW1, управляемым напряжением U12 между точками 1 и 2. Когда U12 > 0,ключ открыт и имеет сопротивление RONN <<RC. В противном случае ключ будет закрыт иего сопротивление составит ROFF >>RC.Ключ SW2 подключает резистор RD к емкости С, обеспечивая протеканиеразрядного тока только при условии U12 < 0. Таким образом, постоянные времени заряда иразряда определяются только значениями CRC и CRD.Рис. 2.15.

Схема замещения квазипикового детектораВыше отмечалось, что задаваемое стандартом значение постоянной времени зарядаКД определяется при синусоидальном входном воздействии. Поэтому актуальнымявляется вопрос о расчете значения произведения CRC по заданному значению З, т.е.идентификация параметров модели, которую можно выполнить на основе следующегометода.

Для КД характерно выполнение неравенстваP  З  1/ 0 ,(2.32)где ω0 — угловая частота сигнала ПЧ. Пусть на входе детектора действует напряжениеU ВХ (t )  A cos(0t ) . Напряжение U = UВЫХ(t) (см. рис. 2.11) на конденсаторе C может бытьнайдено путем усреднения заряда и разряда за период 2/ω0. Имеем iC  CdU,dt89iRc  iC   A cos  0 t   U  / RC .Последнеевыражениесправедливодляинтервала  0 t   , где значение  есть половина угла отсечки (см. рис. 2.11).

В произвольныймоментвременикоэффициентдетектирования,которыйсогласноопределениюрассчитывается как отношение выходного сигнала к амплитуде модулированныхколебаний, равен K C  U / A  cos() .Заряд, протекший через ключ SW1 за период сигнала ПЧ, определяется формулойU Rc 22A sin()   cos()  ,RC 0 RC 0поскольку с учетом выражения для коэффициента детектирования(2.33)qC  iRc  t U Rc 1A( A cos()  U )d    sin()   cos()  .2 (2.34)В уравнениях (2.33) и (2.34) iRc — средний ток, текущий через резистор RC изаряжающий конденсатор C; t — время протекания тока;  — текущее значение половиныугла отсечки.

Разряд конденсатора рассчитывается с учетом малого изменениянапряжения на нем в течение периода и подключения резистора RD только при отсечке:qD 2  2 U.0 RD(2.35)Приращение напряжения за период сигнала ПЧ составитU qC  qD 2 dU2A2  2 U. sin()   cos()  C0 dt 0 RC C0 RD(2.36)Из выражения (2.36) путем преобразования можно получить, чтоdUU  A(2.37) sin()   cos()  .1   dt CRD    RC CdU dU d dС учетом того, что  A sin()и U  A cos() , выражение (2.37)dtd  dtdtможет быть приведено к виду A sin()d  A cos()   A sin()   cos()  .1   dtCRD    RC C(2.38)Выполняя элементарные преобразования, получимd  ctg ()    ctg ()  1.1   dtCRD   RC CДляпостоянногопостроениязависимостей,синусоидальногохарактеризующихнапряжения,необходимо(2.39)процессдетектированияперейтиквыражению,являющемуся решением дифференциального уравнения (2.39), и связывающему время стекущим значением угла отсечки.

Решение уравнения (2.39) имеет вид:90tarccos( Kc )d.(2.40)RCctg ()  (  )   1RDИнтеграл в правой части (2.40) не берется аналитически, но может быть рассчитанRC C/ 2численно. На основе (2.40) могут быть построены кривые детектирования, отражающиенакопительный процесс в КД. Эти графики изображены на рис. 2.16, на котором по осиабсцисс в логарифмическом масштабе отложено отношение t/RCC, по оси ординат —значения коэффициента детектирования KC.

Характеристики

Список файлов диссертации