Частотные преобразования

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ АНАЛОГОВОЙ ВЕЛИЧИНЫ В ЧАСТОТУ ИМПУЛЬСОВ, ИСПОЛЬЗУЮЩИЕ В УЗЛЕ ОБРАТНОЙ СВЯЗИ ЭЛЕМЕНТЫ НА МАГНИТНЫХ МАТЕРИАЛАХ С ПРЯМОУГОЛЬНОЙ ПЕТЛЕЙ ГИСТЕРЕЗИСА

Стабильную вольт-секундную площадь импульса обратной свя­зи можно получить с помощью элементов на магнитных материа­лах с прямоугольной петлей гистерезиса. При перемагничивании сердечника трансформатора из такого материала по предельной петле гистерезиса в его обмотках возникает импульс электродвижу­щей силы площадью

S0 = ^ edt = wAФ = wSAB,

где е — мгновенное значение э. д. с., возникающей в обмотке при перемагничивании сердечника; t0 — время 'перемагничивания; АФ и А В — соответственно изменение потока и индукции в сердечнике при переходе из одного магнитного состояния в другое; w — число витков обмотки; «S — сечение сердечника.

По окончании времени t0 производится перемагничивание сер­дечника трансформатора Тр в исходное положение (интервал Т—to). Импульс противоположной полярности отсекается диодом Д і (рис. 28,а).

а — принципиальная схема; б — кривая намагничивания сер­дечника трансформатора.

Форма импульса е зависит от таких факторов как изменения перемагничивающего тока во времени, формы гистерезисной харак­теристики материала сердечника и т. д. Однако суммарная площадь импульса э. д. с. в выходной обмотке зависит от числа витков w и изменения магнитного потока АФ.

Для исследования процессов, происходящих при работе устрой­ства, может быть применен математический аппарат, изложенный в гл. II при рассмотрении процессов, происходящих в магнитно-полу­проводниковом управляемом автогенераторе. Как указывалось, основной погрешностью устройств такого типа, кроме погрешности от изменения температуры окружающей среды, является погрешность, возникающая в основном за счет из­менения тока перемагничивания. Для уменьшения этой погрешности рекомендовалось выбирать материалы с большим Вг и большим ко­эффициентом прямоугольности /Сп.

Если положить, что нестабильность намагничивающего тока 10%, а погрешность всего преобразователя в результате изменения намаг­ничивающего тока 0,1%, то в этом случае /Си = 0,98. Такую вели­чину /Сп имеет сердечник, намотанный микронной лентой (10 мк) из материала 34НКМП. В обычных случаях, чтобы снизить требования к коэффициенту прямоугольности, приходится стабилизировать ток намагничивания. При 6/н =1 % /Сп == 0,91.

С учетом статических параметров (£0, г0, /з, г3) диода Ді еди­ничный заряд, переносимый импульсом, поступающим в момент ком­пенсации на вход интегратора, может быть определен зависимостью вида

Ut-Eo л ( U2 , , V,- .ч q° = r0 + R2 r3+R2 + /з ) to)i

где Uі — напряжение на выходной обмотке w трансформатора Тр в интервале времени t0 U2 — то же в интервале Т—^о.

Из условия работы узла обратной связи следует, что

Uito = U2(T-to),

Как видно, увеличение амплитуды импульса обратной связи при­водит к уменьшению влияния диода Дч на характеристику преобра­зования.

Другой параметр цепи обратной связи — величина сопротивле­ния резистора R2— должен выбираться исходя из двух требова­

ний— номинального наклона вольт-герцовой характеристики преоб­разователя и минимальности погрешности, вносимой диодом Дч (R2 входит в последние уравнения для &0 и А).

Температурная погрешность преобразователя возникает в основ­ном из-за изменения индукции насыщения сердечника и статических

параметров диода Ди причем с ростом температуры индук­ция, сопротивление г о и оста­точное напряжение Еи диода уменьшаются. Это приводит к частичной самокомпенсации

температурной погрешности,

Генератор 1 однако ввиду разной физиче - ст7и7шш СКОЙ природы КОМПЄНСИруЮЩИХ дштельносвщ друГ друга материалов (сер­дечника трансформатора и диода) полная компенсация требует индивидуальной под­гонки и настройки.

Одна из схем, использую­щих в качестве интегратора индуктивность с сердечником из материала с ППГ, приведена на рис. 29 l[Jl. 30].

Устройство содержит источник эталонного напряжения, вели­чина Uo которого выбирается ИЗ условия |£/о>£/вх. макс, и генератор импульсов стабильной длительности.

Устройство работает следующим образом. При наличии напря­жения перемагничивание сердечника трансформатора генератора в один такт работы, равный интервалу времени Гэт, осуществляется разностью напряжений эталонного источника и источника преобра­зуемого напряжения. Здесь Тэт формируется генератором импульсов стабильной длительности, запускаемым в момент окончания преды­дущего такта. Величина приращения индукции за время 7ЭТ опреде­ляется выражением (для простоты считаем, что погрешность от линейности характеристики преобразования 6і/Нел=0).

(U0-UBX) Гэт

WkS

В момент окончания Гэт происходит переключение транзисторов генератора: Т2 — закрывается, Ті — открывается. При насыщенном состоянии транзистора Ті сердечник перемагничивается под дей­ствием преобразуемого напряжения, при этом величина приращения индукции

Д В2 = - ЇЦ - •

2 S

Исходя из того, что работа устройства имеет замкнутый цикл ABt == АВ2 и

(Uo — U*x)T9T д Ursxt m wKS WkS

Отсюда

, и0-и*х„

= Щх Эт

и период колебаний генератора Т = Г3т-[-^

При принятых выше допущениях частота не зависит от индук­ции сердечника трансформатора. Это позволяет стабилизировать ге­нератор в температурном диапазоне. Для нормальной работы устрой­ства число витков коллекторной обмотки трансформатора должно выбираться таким, чтобы за время Гэт сердечник под действием Uo—Uвх перемагнитился не полностью.

Двухканальный вариант устройства для преобразования разно­полярных аналоговых величин, использующего в узле обратной связи трансформатор с насыщающимся сердечником из материала с пря­моугольной петлей гистерезиса, приведен на рис. 30 [Л. 33]. Здесь элементы tRiCi и усилитель составляют интегратор, в качестве схем сравнения используются блокинг-генераторы с эмиттерно-коллектор - ной связью (транзисторы Т± и Г2 и трансформаторы Тр1 и Тр2). Узел обратной связи, формирующий положительный импульс, собран на транзисторах Т3 и Г4, работающих в ключевом режиме, транс­форматоре ТрЗ с насыщающимся сердечником из материала с прямо­угольной петлей гистерезиса и диоде Д. Узел обратной связи, фор­мирующий отрицательный импульс, аналогичен формирователю поло­жительных импульсов обратной связи и собран на транзисторах Т$ и Гб, трансформаторе Тр4 и диоде Дг - Делитель на резисторах Яз—Яб является термозависимым мостом, часть плеч которого (ре­зисторы /?4 и Яь) термочувствительны. С помощью такого моста по­является возможность регулируемой самокомпенсации изменением амплитуды поступающих на вход интегратора импульсов Ui в соот­ветствии с изменением индукции насыщения сердечников трансфор­матора Тр1 и Тр2 и параметров диодов Д4 и Д2.