автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.05, диссертация на тему:Разработка метода расчета и построения структурных схем аналоговых управляемых резисторов на длительные времена интегрирования

" '■< г» г

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ИНЖЕНЕРШИ УНИВЕРСИТЕТ АРМЕНИИ

ТОПАЛЯН НЕРСЕС КАРАПЕТСШЧ

(Сирия)

РАЗРАБОТКА МЕТОДА РАСЧЕТА И ПОСТРОЕНИЯ СТРУКТУРНЫХ СХЕМ АНАЛОГОВЫХ УПРАВЛЯЕМЫХ РЕЗИСТОРОВ НА ДЛИТЕЛЬНЫЕ ВРЕМЕНА ИНТЕГРИРОВАНИЯ

Спедиал5Норть: 05.13.05 - элемент и устройства вычислительной техники и систем управления

Автореферат диссертации на соискание ученой стап^и^ кандидага гехничвских наук

Ереван - 1992 _

/

/ / А / / с/ .) ( С..-''

Робота выполнена в Государственном инженерном университете Армении (ГИУА). . , ■ (

Научный руководитель:

Заслуженный изобретатель Армении доктор технических наук, профессор Э.В.Казарян

Официальные оппоненты:

Доктор технических наук, профессор Л.А.Григорян

кандидат технических наук В^.МиняЙдо

Ведущее предприятие: Армянский филиал научно-исследовательского института химических источников тока.

Защите состоится " ^ " ИЮ71Я 1992 г. в

14оо

часов яа за-

седании Специализированного совета Д 055.03.01 по йащите диссертаций в Государственном инженерном университете Армении.

Отзыв на автореферат в 2-х экземплярах, заверенный печатью, npt>-сиы выслать по адресу: 375009 Ереван-9, уп.Терьяна 105» ГИУА*

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Государстгенного инженерного университета Арменйи.

Автореферат разослан " 8 " ИЮНЯ 1992 г.

.Ученый секретарь Специализированного совета, кандидат технических наук, доцерт;

Э.Х.Аджемяк

.: ".= "l - 3 -

!

• ' I ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Развитие техники автоматического управления, контроля, информационно-*изиаригельных систем сопровождается все более широким применением аналоговых элементов переработки информации.

В ряде существующих технических средств аналоговые управляемые резисторы (АУР) образуют отдельный класс элементов, которые имеют очевидные преимущества, отсутствующие у других типов элементов, используемых в тех же назначениях: неподверженность влия-внешних магнитных, электрических и радиационных полей, запоминание информации без использования вспомогательных источников, низкие уровни управляемых воздействий, низкие шуми и малые дрейфы выходного сигнала. •

Дальнейшим шагом повышения эффективности и расширения облар-тей использования АУР является разработка структурных схем их включения, исходя из их специфических свойств, для получения требуемых характеристик и параметров АУР в яаидом конкретном случае его реализации.

Таким образом, актуальной задачей является разработка и исследование структурных схем на основе АУР, непрерывно работающих в реальном масштабе времени, отличающихся высокими информативными свойствами.

Целью работы является исследование и разработка структурных схем включения АУР и на их основе построение принципиальных схем' с использованием АУР в качестве первичного элемента обработки сигналов шфрвназкой частоты, позволяющих обеспечивать требуемые передаточные функции, коэффициенты усиления тракта, кратности иэ-> мвнения выходного сигнала! обеспечение согласованного взаимодействия аналоговых управляемых резисторов с дискретными компонентами схемы; разработка методики расчета схем включения, учитываю- •' met специфические свойства и электрические параметры АУР', выявле* ние влияния физико-химических процессов на информативные параметры АУР; разработка пакета программ для расчета передаточных функций схем включения, расчета погрешностей (температурных, поляризационных, технологических и др.); разработка устройств для систем автоматического управления сумматоров, устройств интегрирования, репе времени и др.

Поставленная .цель потребовала решения следующих задач:

- исследование параметрических показателей и разработка систем критериев для выбора способа включения АУР;

- разработки методики расчета типовых структурных схем включении ЛУР;

исследование передаточных функций схем включения АУР;

- исследование возможностей компенсации температурной погрешности АУР с учетом их особенностей;

- разработка схемных решений согласования аналогового элемента (АУР) с дискретными компонентами схемы;

- разработка устройств управления на основе АУР.

На.учная новизна работы. Разработанная система критериев для выбора структурных схем вклочения аналоговых управляемых резисторов позволяет существенно повысить информативные параметры и характеристики схемы (чувствительность, кратность измктния выходного сигнала, понижение погрешности в трактах управления и считывания) и рациональным образом произвести согласование компонентов схемы.

Разработанные схемные способы компенсации температурной погрешности и выбор компенсирующего звена позволяют понизить температурную погрешность до заданной величины, исходя из конкретно поставленной задачи.

Разработанный метод согласования аналогового управляемого резистора и дискретных компонентов схемы - компараторов - позволяет повысить точность схемы, устранить наличие ложной информации и повысить параметрическую надежность схемы. Метод может быть использован такие з схемах, где одновременно используются аналоговые- элементы, основанные на различных физических принципах, и дискретные компоненты.

Предпокенная и реализованная методика расчета схем с использованием АУР позволяет выбрать наиболее рациональную схему включения АУР при-заданных исходных условиях: кратность изменения выходного сигнала, погрешность интегрирования и считывания, вид пе-. редаточной функции и т.п.

Практическая ценность работы. На основе полученных в работе результатов экспериментальных исследований, аналитических выражений для предложенных критериев разработан метод расчета и программы расчетна ЭВМ структурных схем и параметров АУР, которые позволяют производить выбор целесообразной для данного решения структурной схомы при решении прикладных задач. Даны рекомендации и схемные решения согласования аналоговых и дискретных элементов.

Разработанные устройства дополняют арсенал существующих средств систем управления и позволяют производить обработку информации на нижнем иерархическом уровне, тем самым в определенной степени позволят разгрузить информационную память вычислительного комплекса систем управления.

Результаты работ использованы в учебном процессе в Ереванском политехническом институте. Методика расчета схем и пакеты программ использованы при выполнении дипломных работ в том же ин-зтитуте. Отдеяыше части работы использованы при разработке лабораторных работ и испытательных стендов для проведения исследований по технологической тренировке конденсаторов (ПО "Нейрон").

Апробация работы, выводов и рекомендаций сделана на научных конференциях аспирантов ЕрПИ, на научных семинарах кафедры "Электрические аппараты и средства автоматизации" ЕрПИ, провессорско-1реподавательских конференциях (в период 1986-1989 гг.).

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, ¡етырех глэв, заключения и приложений, представлена на 80 странных иашинопяс .ого текста, приложений на 44 стр., рисунков и таб-[иц на 53 страницах. Список литературы содержит 85 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы 1вяь и задача работы, дана характеристика научной новизны и прак-:ическая ценность работы.

Первая глава посвящена анализу и исследованию аналоговых уп-швляемых резисторов, классификации схем АУР, исследованию ампли-■удных и частотных характеристик для схем с непосредственным ключением.

Результаты проведенного анализа и исследований показали,что :лассификация схем включения АУР по основным выбранным критериям оэво/:нвг оценить параметрические свойства схем и выбрать в зависимости от задачи конкретную схему включения АУР, удовлетворяющую вставленным требованиям. Предложенные схемы включения позволяют ыбрать сочетания отдельных параметров для оптимизации структурой схоми.

На основе электрической схемы включения АУР в рсдкмо нагру-линого логонциомвгра получено шражонио для передаточной функции в идо:

, ___2сч/ ¿Г*_

.где .¿¿су/, ¿"су,г ~ импеданса I н 2 каналов капилляра; ¿Г* - импеданс нагрузки; <2Гл*ч, ~ импеданс общего электрода в цепи считывания.

£ г /оГ + \а/г

у си ■*• ш

т № + ^ С*с[¿Я? +2 и/р Шр Л т/Га— '-----

(2)

где - активное сопротивление соответственно 1-го или

2-го канала капилляра ; - сопротивление переносе заряда; \а/р - постоянная Варбурга; См - ёмкость двойного слоя. Разработанная программа расчета передаточной функции и параметров схемы позволила определить, что тенденция изменений фукк- . ции =£(1т) является .линейной,а тангенс угла

убывает с ростом частоты, причем, как показали экспериментальные исследования в диапазоне частот от 100 кГц до 500 кГц, скорость убывания больше, чем в диапазоне от 500 кГц до I МГц.То есть дпр рассматриваемой схемы замещения наблюдается подавление усиления в некотором интервала "средних частот". Как показали экспериментальные исследования, вещественная составляющая комплексного сопротивления, включающая в себя также и сопротивление растекания,не зависит от частоты в широком диапазоне изменения последней. Приведены варианты мостовых схем включения АУР с питанием от источника тока или напряжения.Получены аналитические выражения для чувствительности схемы с источником напряжения и тока,который соответственно имеют вид:

; Зсх(и)* ' и+ гпо)р({+ По] ' (3)

ЗсМ)~1сч'71 7 "

где^у, ./¿у - соответственно напряжение питания и ток цепи считывания ,*

- активное сопротивление первого канала цепи считывания АУР;

- изменяющаяся часть сопротивления канала капилляра при воздействии тока управления 1уд

т°= в В ' <4>

ГКСЧ! гкх

где - сопротивление плеча мостовой схемы,

'»-¡А-

гд9 _/Фр- активная составляющая импеданса .

где - сопротивление в диагонали мостовой схемы.

Исследованы схемы с импульсным считыванием и выявлено, что ' передаточная функция при этом вырождается в передаточную функцию безынерционного звена, а форма импульса видоизменяется на участке его спада, что существенным образом зависит от соотношения оииче-. ского сопротивления столбиков электролита в каналах капилляров АУР.

1 - Вторая глава посвящена погрешностям, появляющимся от возде{Ь ствия внешних и внутренних факторов. Рассмотрено влияние окружающей температуры, тока и частоты тока считывания, выделяемой мощности переменного тока считывания на температурную погрешность' АУР.

Показано, что температурная погрешность в основном определяется наличием температурного сопротивления.цепи считывания, а зависимость сопротивления от тока считывания и его частоты обусловлена индуктивной составляющей выводов (при частотах более I МГц), Влияниэ выделяемой в АУР тепловой мощности на температурную погрешность незначительно и составляет (0,6-0,8)$.

Погрешность, вызванная наличием поляризационной ЭДС, определяется выражением:

¿у/1 Нзл

- в -

где % - поляризационная ЭДС.

Для коррекции температурной погрешности рассмотрены различные рчрианты и показано, что при коррекции с использованием терморезистора, включенного параллельно последовательно соединенным ограничительному сопротивлению ^с. и сопротивлению ¡¿Аыс , закон изменения терморезистора при этом должен иметь вид:

СГ1 /.7-17 1счг[£а ) /8\

где ^ат^Т) - закон изменения температурного коэффициента сопротивления терморезистора;

1счг ^ ток з Ц0ПИ считывания АУР;

- температурный коэффициент сопротивления АУР;

- приращение температуры;

/?го - сопротивление гэриорезнсторз при температуре 20°С, т.е. серийно выпускаемые резисторы, имеющие в основном экспоненциальный закон изменения, не удовлетворяют условию коррекции. Предложен наиболее эффективный метод коррекции температурной погрешности, при котором в цепь считывания АУР включен дополнительный корректирующий АУР (рис.1). Схема включает в себе сумматор (У1), усилитель тока - бустер, повторитель напряжения (ПН) о коэффициентом усиления / и'два АУР.

Выхрдной сигнал в данной схеме имеет вид:

(9)

Из выражения (9) видно, что при данном 'Схемном методе коррекция температурной погрешности осуществляется во всем допусти- , , мом рабочем диапазоне температур, т.к. выходной сигнал не содержит температурной составляющей. Выбирая значение <^лур* , обеспечивается необходимая кратность изменения выходного сигнала.

Схема для реализации предложенного дифференциального способа коррекции общей погрешности, включающей в себя как температурную погрешность, так и технологическую погрешность, а также погрешность, появляющуюся при изменении токов управления и считывания, приведена на рис.2.

о

Рио.2

бщал погрешность АУР может быть представлена в виде:

ТА' - П</к)^Г(1ул) - . (Ю)

гдо 1Г(Т) - температурная погрешность;

- технологическая погрешность;

^(Уёч), ~ соответственно погрешности,вызванные из-

менением токов считывания и управления. Кок показали исследования, коррекцию указанных температур целесообразно осуществлять схемным решение« с дифференциальной коррекцией составляющих погрешности.

Выходной сигнал АУР поступает на вход АЦП, выход которого соединен с входами АЛУ1 и АЛУЗ. Цифровой код с выхода АЦП подвергается математической обработке (вычитанию кодов на выходе АЛУЗ и кода АЦП) и поступает на вход АЛУ2, на выходе которого формируется код, соответствующий разности кодов АЛУ1 и ИЗК. В момент ¡¡"У на выходе ЦАП имеем:

а в момент -¿з имеем: -

Ш = КА 6 -[ко и - Кэ(А ¿У , с12)

гдо Х^^Л Д'о^/> Лг(^), ¿¿(¿г) - коды на выходах эле-

ментов в момент -6{ и -¿г \

- код на выходе эталонного задатчика. При наличии погрешности имеем сигнал в виде кода

' ' КэЬЪ^Ш > (13)

который с соответствующим знаком поступает на вход МУЗ и суммируется (или вычитается) ,с сигналом 1 т-е. производится коррекция погрешности, причем независимо от причины появления погрешности.

В третьей главе приводится мотодика расчета схем включения АУР. Методика вгшчаот маториал по выбору и расчету оптимальных схом управления и считывания аналоговых управляемых резисторов, ьыбраны шесть критериев оптимизации схем включения, кратность, ко:.-}>1шцтнт нэлшюйности, ошиб^ смещения, чувствительность; ко-

эффициент нестабильности по цепи управления и считывания.

В основу методики положен грвфо-аналитический метод определения параметров электрических компонентов схем считывания и управления. Причем для каждой конкретной структуры цепи считывания и управления даются номограммы, построенные в четырех квадрантах соответственно с постоянной кратностью, нелинейностью, нестабильностью и чувствительностью в каждом соответствующем квадранто.

Методика расчета позволяет определить структуру цепи считывания и управления АУР, а также их компонентов с учетом ограничений, которые накладываются на выбранные шесть критериев.

В большинства используемых схем АУР включается по схеме нагруженного потенциометра, при этом его амплитудная характеристи-. ка имеет вид:

Цн = _, (14)

исч л -у -¿руу- -Щ™)

¿С ¿о

где ¿Гсу-импеданс цепи считывания; 2?0 - общий импеданс обоих каналов управления АУР.

Отклонение расчетной характеристики от прямой определяется выражением

гс1+п ' (15) где ГО — 2Исчтт/21счгг)ак- величина»обратная кратности сопротивле--ния АУР.

При расчете цепей управления в методике расчета предусмотрена 'защита входной цепи АУР от перенапряжения включением резистора 'или диодов, а также при помощи транзисторов, включенных по диодной схеме, или стабилитронов. Кроме того учитывается необходимость симметрирования тока управления через выводы АУР. Для понижения погрешности, вызванной токами управления, протекающими через защитную цепочку, вводится коэффициент

°^ IУ 17 + А Ту/1 ' ^ ^

где А1м - ток, протекающий через ограничительную цепочку.

Точность расчетов по данному методу не' хуже 10 л 15%, что вполне приемлемо для инженерного проектирования.

Четвертая глава посвящена разработке трах различных средств управления на основе AJP при длительном режиме интегрирования:

- так как многие задачи систем управления в реальном масштабе времени решаются с помощью схемных сочетаний аналоговых а дискретных сигналов и при этом возникают вопросы согласования этих элементов предложено схемное решение этого вопроса (рис.3).

Схема согласования состоит из компаратора 2)41 , инвертора BD1 , мИ"-эдементов 2>2>э , SDS , "НЕ"-элеиэнтов 2)э/ , "ШШ"-элемента 2)2)4- , "КЛй-НЕ"-элементд 2)2)? сопротивлений , fi? , R8 , /?û , конденсаторов- СЗ, С2, обеспечивающих выдержку времени J/¿ -триггеров 222)2 и 2)2)6 . счетчиков-дешифраторов импульсов 32S и DBâ , транзисторов VT-f , \/т% , VT¿ сопротивления делителей, для обеспечения времени выдержки генераторов,^^, , , RH сопротивлений, обеспечивающих значение частоты генерируемого сигнала - /?/ , R2 ; реле - KPI, диодов Wf и YDS , элементов "ИЛИ" - "НЕ" - 2)2)7.1 и 2>ъ?.2.

На вход (Jt< подается аналоговый сигнал, на второй вход подается опорное напряжение Uan • Выход сравнивающего устройства соединен с входом элемента "И" и входом элемента "НЕ". На второй вход 2¡2)¿.-/ подается сигнал с выхода Q . Выход элемента

Ю2)/./ подается на вход 22D3.2 , выход которого соединен с элементом J}£¿4 , а на второй вход 2)2>д,г поступает сигнал Q с выхода триггера D232 • Выходы 2>Dз./ и Z/оз.г поступают на входы элемента 2)2)4./ , а выход, последнего соединен с входами ( J/ ) ЯК -триггера 2)2)в . Выход Z)2i£ через "И"-элемент 2)Z)¿.3 поступает на вход 2)z>s - с выхода которого сигналы поступают через 2)D9 ' , 2?2)/.4 , 2)г>2/ > 2)2)S./ , на триггер 2) о g , затем с выхода Q сигнал подается на базу транзистора у г/ , в коллекторной цепи которого включена обмотка реле KPI, контакты которого осуществляют коммутацию внешнего ис- -поянительного органа.

Устройство работает следующим образом: при медленном возрастании величины входного сигнала (J& и приближении к величине опорного сигнала (/м в определенном интервале приближения Д.Оп= Uon-(Jéx~ компаратор начинает работать в зоне неустойчивости, то есть имеется большая вероятность1появления ложных изменений напряжения на выходе компаратора, когда входной сигнал вы-ве или ниже величины опорного сигнала на ' Шк - U?n_

коэффициент усиления компаратора). При достижении сигнала,равного

(лОоп - опорный сигнал; a(J - наибольшее отклонение сигнала в результате появления первого высокого уровня (В) выходного сигнала яа выходе элемента BAf ). На выходе "Ш1И"-эламента DH4J г.:лзу.тся ,:3"-уровень и соответственно при поступлении "В"-уровня на вход Oi , J2 триггера ВВ6 на его выходе Q. появится уровень "В". Прк этом на входе элемента DÛ3.3 сигнал повторяет ::;орк:,у сигнала, который поступает с выхода генератора, собранного :'i5 элементах SDIS, ЪЫ.в, /?//, VT3 и 04 .

?е:=5рЕтор представляет собой генератор прямоугольных импульсов, частота которых задастся номиналами резисторов /?¿0 и XV/ , s тзкд.е ёмкостью С4- - С этого момента в счетчике-дешифраторе ЪП& начинается счет поступающих прямоугольных импульсов с выхода эгемекта DD3 и при накоплении определенного числа импуль-соз, даприкор 3 импульсов, на выходе элемента Х)Х>4.2 появится :п.:пукьс, длительность которого равна сумме длительностей трех поступивших импульсов на вход HDS -, т.е. ti ~ 3t„„„ , на . вход элемента 324.3 поступают следующие 2 импульса (с 4 и 5 разряда счетчика-дешифратора) и на выходе элемента Ц£4.з имеем импульс длительностью ТЛ ■

Текли образом, в устройстве обеспечиваются 2 импульса длительностью Tj-и Т£, сдвинутые относительно друг друга по фазо. Еылульс длительностью Tj поступает на вход jûSS.2 , на второй гход которого продолкают поступать импульсы с выхода Dz>4j , а для ограничения количества этих поступающих импульсов третий вход

2D5.2. соединен с выходом элемента ВЯ7.2 , входи которого подключены, например, к 2 и 3 разряду счетчика-дешифратора яшг

Таким образом предотвращается перезаполнение zjs9 * счетчика- дешифратора импульсами, поступающими с выхода компаратора через элементы 2>z>&j и' X)T>4.i . Так как при устойчивом переключении компаратора длительность выходного импульса Tj больше длительности /Сl одиночного импульса в неустойчивой зоне, поэтому . счетчик-деикфратор 2)2)9 воспринимает импульс длительностью Tj . как устойчивое состояние. •

3.течение длительности Г 'производится анализ записанной ин~ йормац'/л в-счетчике Ъх>$ . Если' на выходе ZW появится более одного импульса, то на выходе элемента 2)2)3 имеем пока низ-к/.й уровень (0) (г.-к. при количестве импульсов более одного про-

исходит соответствующее накопление в счетчике-дешифраторе U1J9 ) и на выходе элемента DD5~./ будет сохраняться низкий уровень сигнала, а если в интервале импульса длительностью Tj появится устойчивый импульс (т.о. ТК>ТШ, где Ти - длительность импульса, вызванного зоной нечувствительности), то на регистре I счетчика DD9 появится высокий уровень сигнала (I). В результате не входе элемента Щ>?.{ имеем на одном входе высокий уровень и при появлении на втором входе сигнала высокого уровня, который ' обусловлен шестым импульсом, на выходе ~DI)7.1 появляется импульс высокого уровня. На двух входах ВЛ5-У имелись сигналы высокого уровня и при поступлении третьего сигнала высокого уровня с выхода DD7./ на выходе появчтея сигнал высокого уровня. Так. как на входе ¿7/ и С7$ триггера 2)1)2 имеются сигналы высокого уровня, вследствие появления пятого импульса, а на J2 поступает сигнал высокого уровня с выхода BD57/ , то на выходе Q триггера VV2 появляется сигнал высокого уровня, который поступает на базу транзистора \/Т{ > и ток протекает через катушку реле KPI; срабатывает реле, замыкая (или размыкая) коммутируемую цепь.

Появлением шестого импульса на выходе Z?Z?<5 завершается работа одного цикла. Таким образом,полный цикл равен Тц=Т1+Т2+?з (где Т^ - это время, необходимое для подготовки схемы к следующему циклу). Если состояние компаратора неустойчивое, то эти циклы работы повторяются до тох пор,1 пока не появится устойчивый сигнал на выходе

По состоянии на выходе триггера ЮЪ2 с обратными связями, а также компаратора Z)J{ » при помощи узла анализа (на основе элементов DD/J iDD3.i ■ 21)3.2 и DD4-J ) осуществляется анализ вида переключения компаратора Z)dJ (ю есть возможность "О" —"I" или "I" — "О") и дальнейшая работа схемы происходит аналогично приведенной выше. Таким образом,расширяются функциональные возможности схемы и область-ее применения.

Вышеописанный способ согласования аналогового и цифрового сигналов»кроме описанных выше сверхдлительных сигналов .приемлем также для аналоговых сигналов с длительностями порядка насколько секунд. Схема, реализующая данный способ, имеет сравнительно ма- . лую инерционность (около 10-25 мс), что несравнимо меньсе общей длительности рабичого цикла.;

Ниже приводятся в качестве наиболее интересных примеров устройства, построенные на АУР и использующие также указанный высо

принцип согласования:

- реле времени с компенсацией температуры в начальной и конечной точках диапазона срабатывания, используемое в различных . технологических процессах.

Блок-схема реле времени приведена на рис.4. Она состоит из генератора со стабильной амплитудой выходного сигнала I, источнг-.ка переменного тока 2, мостовой схемы 3, в одно плечо которого включен АУТ, дифференциального усилителя 4, выпрямителя 5, блока управления и коммутации 6, источника постоянного сигнала 7, компараторов 8 и 9, устройства задания начальной и конечной точек уставки 10. Схема позволяет реализовать одноцикловый режим переключения или автоматический режим с переключением по заданному интервалу времени, то есть может служить также в качестве генератора, пилообразных сигналов с инфранизкой частотой (например, в диапазоне от З-Ю"3 Гц до 5-Ю"7 Гц).

________Рис.4

В схеме предусмотрена возможность устав~ки диапазона времени •срабатывания,■ то есть при помощи резисторов XV и /?;? (см.рис.5) устанавливается величина токов управления, задаваемых от источника постоянного тока 7. Перед включением релэ переключатель в/12 переводится в положение "К" (т.о. в режим контроля), а переключатель - в положение "I". После включения реле времени .К сети, притомощи сопротивления устанавливается ток интегрирования' (задается время // ) в прямом направлении для АУР1. При этом контакты КР1.1 и КР1.2 замкнуты на сопротивление

. то есть в режима "К" ток управления через АУР1 не течат. Затем контакт переключателя вЛ/ переводится на позицию 2, врезуль тете чего включается репе КР2 и при помощи замыкания контактов

КР2.1+КР2.4 производится уставка тока, управления в обратной

направлении (задается время ) при помощи вй . Контроль уставки токов управления и осуществляется по показаниям микроамперметра рА, шкала которого отградуирована в часах (или минутах). Перед запуском рене времени в рабочий решим переключатель ¿4/ снова устанавливается в положение "Iй.

При одноцикловом режиме переключатель устанавливается

в позицию'! ЦГ При помощи кнопки 83/ производится запуск в рабочий режим. При нажатии кнопки (с самовозвратом) через контакт 1 Ц переключателя 842.2 на вход одновибрагора 2)0/ поступает пусковой сигнал. В результате на выходе одновибрагора . да/ появляется одиночный импульс, который поступает через элемент ВТ)? на вход МК" триггера 2)д2 . На выходе триггера

2)1)2 производится изменение сигнала высокого уровня на низкий уровень. Триггер ОВ2 является ик -триггером, что позволяет заранее установить.определенное начальное.положение ("О" или "Ч"— низкий или высокий уровень) при помощи входов /9, ^ . В данном случае установлено начальное положение, соответствующее высокому уровню.

Выход О триггера Т)д2 подается на вход (базу) транзистора \/Т2 , переход коллектор-эмиттер транзистора УТ2 закрывается и репе КР1 обесточивается, то есть происходит переключение его контактов на схему включения АУР1. Сигнал рассогласования моста 3 после усиления в дифференциальном усилителе 4 поступает на вход выпрямителя Бис выхода выпрямителя 5 поступает на вход компараторов 8 и 9 через контакт КР1.3.

Процесс интегрирования начинается при токе управления (рис.'6). При достижении выходного сигнала АУР точки "В" и затем превышения сигнала в этой точке (опорный сигнал Оопта,- * соотт ветствует точке "В") и достижении точки £ ' компаратор 8 переключается, и на его выходе появляется высокий уровень/который поступает на вход и триггера ООо и происходит переключение уровня сигнала на выходе $ триггера сигнала с низкого уровня на вы- • сокий уровень (рис.5). В результате открывается переход коллектор-эмиттер транзистора [/Т2 и срабатывает реле КР2, переключая контакты KP2.I-KP2.it на другую позицию (в'нормально закрытую позицию), что приводит к изменению полярности управляющего сигнала на входе АУР1 и включению цепи управления через сопротивление А2 , т.е.задается величина тока /М2 . При этой полярности выходной-сигнал

и

Ц$Ш. A9j»f & r __ _w -

i/onmvx__л ti _ £

Рис.6

АУРI начинает понижаться и при достикёшии точки "Е" (минимальный уровень опорного сигнала Uonmli ) и затем точки "Р1 на выходе компаратора 9 появится низкий уровень сигнала, который, инвертиру-. яоь при помощи инвертора HD4 , поступает на вход "И"-эп0мента

DDS , на второй вход которого подан сигнал с выхода Q триггера DD3 • Сигнал с выхода "И"-элемента поступает на вход U триггера Л2)Л , что приводит к изменению уровня сигнала на его выхода Q и реле KFI снова срабатывает, переключая контакты KPI.I и KPI.2, замыкая цепь интегрирования на сопротивление R3 , то есть в цепи моста R3 замещается АУР1, э контакт КРЗ - замыкается на нулевую шину, т.е. входы компаратора соединены с нулевой

При этом сигнал с выхода Q триггера £7272 поступает на вход "К" триггара SB3 и приводит к переключению его выходов, то есть выход Q переводится с высокого на низкий уровень, в результате чего отключается реле КРЯ. Одновременно, в результате перехода выхода Q триггера X¡j¡¿ a низкого на высокий уровень#сраба-тывааг одновибратор VD6 . однако^так как S/42.J находится в положении М1Ц", поэтому одиночный импульс с выхода DD6 не проходит к входу элемента DD7' , что обеспечивает завершение одного рабочего цикла.

В автоматическом режиме (переключатель S/42 находится в положении. "АР") запуск схемы осуществляется вышеописанным способом. Отличие состоит лишь в том, что через переключатель SA2.1 , который находится в положении "АР", появившийся сигнал на выходе DD6 поступает на вход элемента VB7 , а затем - на вход "К" триггера BU2 . Это приводит к переключению уровня на выходе

шиной.

триггера 2)1)2 * 11 так как время переключения "цифровых микросхем на несколько порядков меньше времени срабатывания репе КР1, то реле КР на успевает срабатывать и режим интегрирования протекает без перерыва. Отключение непрерывного режима интегрирования производится при помощи переключения положения переключателя ¿/¡2 (с позиции "АР "в позицию"1Ц").

Одновибрэторы 38/ и ИМ работают по переднему фронту запускающего импульса, благодаря которому в. ходе работы предотвращается возможность случайного запуска переключателем ¿5/7/ , независимо от режима работы реле времени ("АР" или "1Ц").

Для компенсации температурной погрешности АУР1 в схему введен второй аналогичный элемент АУР2 (с теми же параметрами), цепь считывания которого подключена последовательно к источнику переменного тока 2. Значения импедансов в каналах капилляров I и 2 с общим электродом 3 подбираются таким образом, чтобы падение напряжения на мекэлектродном промежутке в капилляре I после детектирования было бы равно минимальному опорному напряжению Цоппип компара-, тора 9, а пвдение напряжения на меиэлектродном промежутке в капилляре 2 - максимальному опорному напряжению Цолток компаратора 8. Выходы электродов I и 2 включены через разделительные ёмкости С2 и СЗ к схеме усиления с последующим выпрямлением (при помощи установленных выпрямителей II и 12 соответственно).

Диапазон времени интегрирования определяется величиной ли= и0птак- ¿/спт,-л (рис.6) И током управления 1уп и

Гущ . Так как питание по постоянному току, осуществляется от источника токе, поэтому с допустимой погрешностью можно принять '. Ля/ и 1УПк = CQa%t. ,

Го есть влияние температуры сказывается на положении точек "В" и "Е", соответствующих уровням приращений напряжений ¿¿/ее и аОвр . Если опорные сигналы имеют фиксированное положение относительно оси абсцисс, го при увеличении (или уменьшении) температуры точка "Е" понизится (например, перемещается в точку "р' или "/?"), И переключение компаратора будет производиться через большее на ± лt или меньшее время (см.рис .6) .Аналогично, при понижении температуры.соответственно точка "Е". переместятся вверх э точку " В 11 и срабатывание реле времени будет происходить с опережением, то есть вводится погрешность в уставку диапазона интегрирования рале времени на величину t .То же сз:.:ой происходит с точкой "В", то есть она соответственно с изменением температуры

перемещается в точку "А" или "С".

Так как в схоме опорные сигналы задаются при гушощи АУР2, то с изменением положения точек "Е" и "В" соответственно изменяются уровни опорных сигналов на величину Оспта* И *лС/спт,п (или -л (Уолтах и - л ¿/опт! о ) - в зависимости от понижения и, соответственно, повышения температуры;

- устройство для тренировки и определение заряда конденсаторов, позволяющее автоматизировать трудоемкий процесс тренировки и исключить промежуточные расчеты.

Схема для тренировки и определения заряда конденсаторов приведена на рис.7. Схема состоит из источника питания (Т I, блоков А1 и А2), дифференциального усилителя АЗ, аналоговых управляемых резисторов АУР1 иАУР2, эталонного сопротивления XV , переключа-'1 теля режимов работы $А2 , выходной измерительный прибор А9 для фиксации прошедшего заряда. Запуск схемы осуществляется кнопкой 352 . Последовательно с испытуемым конденсатором Сх включено эталонное сопротивление /?/ , падение напряжения которого через дифференциальный усилитель АЗ подается на вход'АУРI или АУР2, а затем на измерительное устройство, показывающее заряд, накопленный в испытуемом конденсаторе Ск1.

В схеме предусмотрена система сигнализации наличия недоброкачественной ёмкости.

Полученные результаты и апробация метода расчета на разработанных схемах дают основание для рекомендации метода при расчете схем управления на основе АУР.

Заключение

1. Анализ схем аналоговых управляемых резисторов показал, что путем введения основных критериев могут быть выбраны целесообразные схемы управления и считывания АУР, обеспечивающие необходимые для данной задачи параметры АУР.

2. Вещественная" составляющая комплексного сопротивления АУР -не зависит от частоты в широком диапазоне изменения последней, и при расчетах параметров АЗ'Р и схем на их основе влиянием мнимой составляющей с допустимым приближением можно пренебречь.

3. Для схем с импульсным считыванием передаточная функция вырождается в передаточную функцию безынерционного звена, и импульс передается практически без искажения.

4. Влияние выделяемой в АУР тепловой мощности на температур-

ную погрешность незначительно - (0,6-0,8)^ - и ею можно пренебречь. Наиболее эффективным способом коррекции температурной погрешности АУР является схемное решение, при котором включается дополнительный корректирующий АУР. При этом выбором,»соотношения сопротивления основного и компенсирующего АУР обеспечивается необходимая кратность изменения основного АУР.

5. Разработанная на основе теоретических и экспериментальных исследований методика расчете схем включения АУР позволяет производить расчет и синтез схем на основе АУР по заданным параметрам и получить соответствующую структуру схем цепи управления и считывания аналоговых управляемых резисторов с учетом назначения и особенностей ее практического применения-. .

6i Разработанный способ согласования аналогового сигнала АУР и дискретного выходного преобразователя позволяет получить сформи-'' . рованный устойчивый скачок уровня, что исключает локную информа- " цию на выходе схемы дискретного преобразователя.

7» Разработанные устройства (реле времени» устройство для испытания конденсаторов) на основе АУР отличаются малыми температурными погрешностями и относительно высокими функциональными возможностями, что обеспечивает их применение во многих технических ей- -схемах и устройствах для решения аналогичных задач.

8. Дифференциальный способ коррекции погрешностей АУР позволяет практически исключить влияние изменения температуры, разброса геометрических размеровг изменения величин тока управления и считывания на информативный параметр АУР.

Список работ, опубликованных по тема диссертации

1. Кезарян Э.Б., Топалян ft.К.,' Епчян P.M. Основные погрешности управляемых резисторов й способы их коррекции. "Деп.^-! ] ■ !Арм.НИИНТЙ,№ 2 АРУ 1991."

2. Назарян Э.В.* Топалян Н.К. Принципы согласования аналоговых и дискретных преобразователей. - Труды ИФАК, Ереван, 1991 -

. с.71.

I

Личный вклад диссертанта: в работе"1 - постановка задачи, разработка математической модели, методика расчета; в работе 2 -постановка задачи, участие в разработке, методики эксперимента, • рекомендации по повышению показателей информативных параметров.