Расчет параметров принципиальной схемы блока

В примере рис 16 для построения принципиальной схемы на диодных блоках необходимо применить два диодных трехполюсника (рис.9), которые вырабатывают положительное напряжение на выход, и два аналогичных диодных трехполюсника с обратным включением диодов, передающих отрицательное напряжение на выход.

На схеме алгебраического суммирования токов по рис.11, кроме входов с диодными трехполюсниками, необходимо предусмотреть входы для суммирования постоянного смещения и входного напряжения с требуемыми знаками и коэффициентами. Общий вид схемы с функционально значимыми компонентами показан на рис.18.

Рисунок 18

Четыре диодных трехполюсника, расположенные на схеме слева и перечисляемые снизу вверх, воспроизводят ломаные с пороговыми напряжениями в точках излома, равными   В. Угловые коэффициенты этих ломаных равны  .

Коэффициент передачи диодного трехполюсника, нагруженного на сопротивление, равное входному, минимален при максимальном значении порогового уровня:

Поэтому произведение этого коэффициента на параметр настройки углового коэффициента  и на коэффициент усиления выходного усилителя  должно превысить или оказаться равным максимальному угловому коэффициенту из множества угловых коэффициентов выделенных типовых фрагментов:

.

В примере на стр. 29, максимальный коэффициент брался равным 10. При малых угловых коэффициентах  такой выбор резко сужает диапазон изменения параметра q относительно его среднего значения 0.5, что значительно увеличивает относительную погрешность разностного выражения в скобках. Поэтому, для конкретно сложившегося набора угловых коэффициентов, разумнее задать максимальное  q = 0.95  или минимальное  q = 0.05, чтобы определить оптимальную величину коэффициента усиления усилителя по формуле:

 .

Для данного примера при среднем падении напряжения на диодах  В и источниках опорных напряжений  В числитель и знаменатель в выражении коэффициента усиления принимают значения соответственно 2,4 и 0,3585, что дает в результате  . По известному  и базовому входному сопротивлению R рассчитываем сопротивление обратной связи выходного усилителя, сопротивление, задающее наклон кривой  при нулевом входном напряжении, и сопротивление, обеспечивающее постоянное смещения  на выходе при нулевом входном напряжении. Формулы для этих вычислений имеют следующий вид:

 ;         ;        .

Расчет сопротивлений , определяющих порог срабатывания, и сопротивлений , определяющих заданные угловые коэффициенты простейших ломаных, выполняем по следующим формулам:

;    ;     .

Расчетные значения  параметров схемы сведены в таблицу 1:

Таблица 1

Базовое сопротивление R было выбрано равным 10 кОм.

Результат моделирования работы диодного функционального блока, приведен на графике рис.20. Кривая зависимости выходного напряжения от входного обозначена буквами DT. Здесь же приведены графики полупрямых выходных напряжений на нагрузках каждого диодного трехполюсника. Они начинаются на оси абсцисс в точках пороговых уровней напряжений с угловыми коэффициентами около 0.5.

Не идеальность вольтамперной характеристики проявляется на графике скруглением углов излома исходной кривой и некоторым уклонением реальной кривой от заданной на прямолинейных участках. В целом же расчет без какой-либо дополнительной подстройки параметров обеспечил воспроизведение исходной зависимости с удовлетворительной точностью для кривой с кусочно-линейной аппроксимацией.

Кусочно-линейную зависимость с большей точностью можно получить путем замены диода в трехполюснике комбинацией диода и операционного усилителя по рис.13. Принципиальная схема диодного функционального преобразователя с "идеальными" диодами приведена на рис.19.

Расчет параметров схемы здесь проще, так как коэффициенты передачи пороговых схем на усилителях с диодами здесь приняты равными единице, что обеспечено равенством входного сопротивления и сопротивления в обратной связи диодно-усилительного блока.

Расчет сопротивлений, обеспечивающих порог срабатывания, и сопротивлений, формирующих угловой коэффициент, выполняется по формулам

;             ;                   .            

Рисунок 19

Остальное рассчитываются по формулам для  0.1<q<0.9:

 ;               ;              ,

 .

Таблица 2

Рисунок 20

В таблицу 2 сведены расчетные значения сопротивлений для схемы рисунка 19, а на рисунке 20 под именем DУ представлена, полученная моделированием характеристика выход/вход с базовым сопротивлением R_=10 кОм и рассчитанными величинами сопротивлений. Графики выходных напряжений пороговых схем, представленные здесь, имеют единичные угловые коэффициенты и, с точностью до милливольт, - заданные пороги срабатывания. Заметных отклонений от исходной кривой практически нет.