С произвольной передаточной характеристикой

Сложные функциональные зависимости между входным и выходным напряжением часто воспроизводят с помощью диодных кусочно-линейных функциональных преобразователей, построенных на базе диодно-резистивных цепей в сочетании с ОУ. Условия открывания диода определяют положение точки излома на передаточной характеристике, а ОУ обеспечивает низкое выходное сопротивление и устраняет погрешность, вызванную неидеальностью диодов.

Примеры простейших кусочно-линейных функциональных преобразователей показаны на рис. 2.19.

Преобразователь по схеме рис. 2.19, а обеспечивает коэффициент усиления, зависящий от знака. При U _вх > 0 диод открыт, резисторы R1 и R2 соединены параллельно (считая, что вольтамперная характеристика диода идеальна). Коэффициент усиления схемы K _U = – R ₃(R ₁ + R ₂)/ R ₁ R ₂. При U _вх < 0 диод заперт, и коэффициент усиления схемы K _U = – R ₃/ R ₁. Передаточная характеристика, представленная на рис. 2.19, б,
построена при условии R ₁ = R ₂ = R ₃. Цепь R2 - VD1 может быть подключена также параллельно резистору R3, тогда условия отпирания диода определяются выходным напряжением. Варьируя конфигурацию диодно-резисторной цепи, полярность включения диода и сопротивления резисторов, можно получать различные виды передаточной характеристики.

Расширить функциональные возможности преобразователя можно путем использования стабилитронов. На рис. 2.19, в показан пример такого преобразователя, на рис. 2.19, г – его передаточная характеристика. При пробое стабилитрона, включенного во входную цепь, коэффициент усиления преобразователя возрастает; точка излома характеристики, определяемая его напряжением стабилизации U _ст, откладывается по оси U _вх. При пробое стабилитрона в цепи обратной связи коэффициент усиления падает; точка излома U _ст откладывается по оси U _вых. Наращивая параллельные ветви в обеих цепях, используя сочетание диодов и стабилитронов, можно получать достаточно сложные характеристики.

Преобразователи по рис. 2.19 обладают низкой точностью вследствие неидеальности и нестабильности характеристик диодов и стабилитронов. Высокая точность воспроизведения произвольных кусочно-линейных зависимостей может быть достигнута с помощью набора звеньев, выполненных на базе прецизионных выпрямителей. Один из возможных вариантов выполнения такого звена показан на рис. 2.20, а.

Если напряжение смещения U _см равно нулю, то звено представляет собой прецизионный однополупериодный выпрямитель. Действительно, пусть U _см равно нулю. Тогда при U _вх > 0 U _вых = – (R ₂/ R ₁) U _вых; при U _вх < 0 U _вых = 0.

Подача положительного или отрицательного напряжения смещения позволяет сместить точку излома на оси U _вх (рис. 2.20, б) соответственно влево или вправо. Наклонный участок кривой соответствует условию U _вх > U _см R ₁/ R ₃ и определяется соотношением

Суммируя сигналы нескольких таких звеньев, можно получать произвольные передаточные характеристики. Например, пусть требуется воспроизвести кривую ОАВС (рис. 2.20, в). Представим эту кривую в виде суммы трех лучей 1, 2 и 3. Первый участок ОА кривой ОАВС совпадает с лучом 1, для его реализации достаточно подать на сумматор входное напряжение в соответствующем масштабе. Лучи 2 и 3 воспроизводятся при помощи звеньев, выполненных по схеме рис. 2.20, а, причем напряжение луча 3 должно быть подано на инвертирующий вход сумматора.

Геллер Б.Л. КГТУ 2010