Суммирующие устройства

Различают в основном два способа алгебраического суммирования:

- суммирование напряжений (ЭДС);

- суммирование токов.

1. Суммирование с помощью потенциометров.

А. При помощи последовательного соединения резисторов (суммирование напряжений).

Е_i – ЭДС источника тока;

R _i – внутреннее сопротивление источника тока

; .

Если << , то выражение в знаменателе будет равно 1. Следовательно

.

Б. При помощи параллельного соединения резисторов (суммирование токов).

R _i – постоянное сопротивление для

ограничения тока в цепи

источника ЭДС;

R _{i i} – внутреннее сопротивление

источника тока.

Для данного соединения, если R_ii << R_i << R_н,можно записать .

При условии, что предыдущее выражение принимает вид

.

2. Суммирование с помощью мостовых схем (суммирование напряжений).

А. Суммирование двух напряжений.

Для данной схемы , .

Тогда . При R₁ и R₂ получим .

Б. Суммирование трех напряжений.

Т.к. с выхода первого моста на диагональ второго поступает полусумма напряжений U₁ и U₂, то для обеспечения одинакового коэффициента усиления по всем входам напряжение U₃ необходимо предварительно разделить пополам делителем сопротивления. Выходное напряжение для данного случая примет следующий вид

.

Для суммирования n напряжений требуется n - 1 последовательно соединенных мостов. Если суммируется 4 напряжения, то напряжение U₄ делится на 4 части, если суммируется 5, то U₅ делится на 8, если 6, то на 16 и далее по такому подобию. Выходное напряжение, снимаемое с последнего моста, определится следующим выражением .

Из этого выражения видно, что коэффициент усиления мостовых схем меньше 1 и уменьшается с ростом числа суммирующих сигналов.

С помощью мостовых схем можно суммировать лишь те сигналы, которые не имеют между собой гальванических связей.

3. Суммирование с помощью магнитных усилителей.

W₁, W₂,…, W_n, – обмотки управления;

W_р – рабочая обмотка;

W_ос – обмотка обр-й связи;

В – выпрямитель; МУ – магнитный усилитель.

При помощи данной схемы суммируются и вычитаются сигналы.

Рабочая обмотка питается переменным током, а управляющие постоянным. Для суммирования сигналов используются управляющие обмотки усилителя, причем их количество равно числу слагаемых.

Если управляющие обмотки и обмотка ОС отличаются одна от другой, то возникающие в МУ магнитодвижущие силы определяются следующей зависимостью

IW_р = I₁W₁ + I₂W₂ +,…, + I_nW_n -- I_осW_ос.

При W_р = W₁ = W₂ =,…, = W_n и I_осW_ос = b = 1, сила тока рабочей обмотки

,

т.е. выходная сила тока усилителя равна сумме токов в управляющих обмотках. Аналогично можно получить для напряжения

.

4. Суммирование напряжений на операционных усилителях.

Для суммирования электрических сигналов используются инвертирующие и неинвертирующие операционные усилители. Применяемые инвертирующие ОУ, как правило, имеют на выходе сглаживающие фильтры. Представленная схема ОУ используется в некоторых автоматических регуляторах (Р25, Р27 и др.)

Z_i – операционные сопротивления;

«ф» - фильтр; «ос» - обратная связь.

При относительно высоком коэффициенте усиления k и z_осk >> R_ф будет справедливо следующее выражение

.

Внутреннее сопротивление в данных усилителях и вид нагрузки не влияют на точность измерения, что является их достоинством.