Динамическая погрешность
В АЭП динамические погрешности возникают из-за отличия их характеристик от идеальных, поэтому при вычислении погрешностей полагают, что известна идеальная характеристика АЭП. В АЭП с идеальной характеристикой динамическая погрешность будет отсутствовать. Естественно, что значения динамических погрешностей зависят от свойств входного сигнала и внешних влияющих факторов.
Для определения динамических погрешностей необходимо знать одну из динамических характеристик АЭП, описывающую связь между входным и выходным сигналами, изменяющимися во времени. К числу таких характеристик относятся полные и неполные динамические характеристики АЭП.
Полная динамическая характеристика определяет изменение выходного сигнала прибора или преобразователя при любом изменении во времени информативного или неинформативного параметра входного сигнала или влияющей величины. Неполная, частотная динамическая характеристика представляет собой параметр или функционал полной динамической характеристики АЭП. Например, параметры переходной характеристики электронно-лучевого осциллографа: время нарастания, выброс, неравномерность вершины; время установления показаний показывающих приборов; полоса частот, пропускаемая измерительным преобразователем, и прочие характеристики, знание которых позволяет выполнить измерение с требуемой точностью.
РАЗДЕЛ III УСИЛИТЕЛЬНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ СИСТЕМ АВТОМАТИКИ
Глава 8
КЛАССИФИКАЦИЯ И ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ УСИЛИТЕЛЯХ СИСТЕМ АВТОМАТИКИ
8.1. Классификация усилителей
Выходные сигналы датчиков и других элементов во многих случаях оказываются слабыми и недостаточными для приведения в действие последующих элементов систем автоматического управления, например реле, не говоря уже о таких исполнительных устройствах, как электродвигатели и тяговые электромагниты. Поэтому возникает необходимость усиления сигналов управления, измерения и контроля с помощью усилителей.
Усилителем называется устройство, предназначенное для увеличения мощности сигнала за счет энергии N дополнительного источника питания; при этом выходная (усиленная) величина у является функцией входного сигнала х и имеет одинаковую с ним физическую природу. Усилители относятся к активным элементам автоматики (рис. 8.1, б).
В зависимости от вида энергии, получаемой от дополнительного источника питания, различают электрические, пневматические, гидравлические, механические и другие усилители.
Наиболее широкое применение находят электрические усилители, так как они обладают высокой чувствительностью, допускают сравнительно простую регулировку коэффициента усиления, хорошо сочетаются с электрическими исполнительными устройствами (двигателями, электромагнитами и т.п.).
По принципу действия электрические усилители делятся на две группы. Первую весьма большую группу составляют усилители, в основу которых положен усилительный элемент (электронная лампа, транзистор, управляемая индуктивность, управляемая емкость). В таких усилителях маломощный входной сигнал управляет передачей гораздо большей энергии от источника питания в полезную нагрузку, присоединенную к выходу усилителя. В соответствии с типом управляющего (усилительного) элемента различают ламповые, транзисторные, магнитные, диэлектрические усилители. Ламповые и транзисторные усилители часто объединяют названием электронные усилители, так как принцип их действия основан на электронных процессах в вакууме и полупроводнике.
Электронные усилители можно разделить по следующим признакам:
виду активного элемента — ламповые, транзисторные, на туннельных диодах, параметрических диодах;
диапазону частот — электрометрические, постоянного тока, низкой частоты, радио- и промежуточных частот, СВЧ;
ширине полосы частот — узкополосные, широкополосные;
виду сигнала — гармонические, импульсные;
электрическому параметру — напряжение, ток, мощность;
типу нагрузки — резисторные, резонансные.
На рис. 8.2 показаны диапазоны частот различных типов усилителей.
Вторую группу составляют усилители, в которых происходит преобразование энергии питания, отличной от вида энергии выходного и управляющего сигналов. Наиболее типичным для этой группы является электромашинный усилитель, в котором механическая энергия привода преобразуется в электрическую энергию.
По характеру усиливаемых электрических сигналов различают усилители непрерывных сигналов различных величин и форм и импульсные усилители, предназначенные для усиления импульсных периодических и непериодических сигналов.
По частоте усиливаемых сигналов различают усилители переменного тока, усиливающие сигналы в полосе частот от нижней рабочей частоты fн > 0 до верхней рабочей частоты fв, но не усиливающие их постоянную составляющую; усилители постоянного тока, усиливающие в полосе частот от нуля (fH = 0) до fв как переменные составляющие сигнала, так и его постоянную составляющую.
Управляющий (усилительный) элемент вместе с резисторами, конденсаторами и другими деталями схемы принято называть усилительным каскадом. При недостаточном усилении сигнала одним каскадом используется соединение нескольких каскадов, выполняющих роль предварительного усиления и обеспечивающих работу мощного выходного каскада. Исходя из этого различают однокаскадные и многокаскадные усилители. Каскады нумеруются в возрастающем порядке от входа к выходу усилителя, при этом первый каскад от входа называется входным, а последний — выходным (оконечным).
Основными характеристиками и параметрами усилителей систем автоматического управления являются характеристика управления, динамические характеристики, коэффициент усиления мощности, входное и выходное сопротивления, коэффициент полезного действия (для выходных каскадов), уровень собственных шумов.
Характеристики управления усилителей (рис. 8.3) чаще всего нелинейные и могут быть, в частности, с зонами нечувствительности и насыщения; с зонами нечувствительности, насыщения и неоднозначностью; релейного типа. По форме эти характеристики аналогичны некоторым характеристикам управления, приведенным ранее. Следует отметить, что от усилителя в ряде случаев требуется существенно нелинейная (релейная) зависимость между выходной и входной величинами. В релейном режиме практически может работать любой усилитель, при этом часто используется релейный режим работы электронных и магнитных усилителей. Так, например, транзисторные усилители в релейном режиме широко применяются в системах импульсного управления электродвигателями и электромагнитными механизмами.
8.2. Характеристики усилителей