Модель фиксатора нулевого порядка

Фиксатор нулевого порядка предназначается для передачи мгновенно запомненной амплитуды непрерывного сигнала на один квант времени в будущее. Сохранение амплитуды в течение кванта времени позволяет одновременно использовать значения переменной в i-тый и (i+1)-й моменты целочисленного времени . Иными словами, оператор фиксатора нулевого порядка фактически является оператором сдвига Е, (см. п. 1.3.1.1), который, воздействуя на предыдущее амплитудное значение напряжения входной переменной, переносит его на текущий дискретный момент времени:  .

Для построения аналоговой модели идеального фиксатора нулевого порядка в среде пакета схемотехнического моделирования необходимо использовать два устройства выборки-хранения. Организовать их схемное объединение и совместную работу надо так, чтобы в последовательную цепь обработки сигнала эти устройства могли поочередно вводиться с помощью коммутирующих элементов, постоянно находясь в противоположных режимах. Функциональная схема такого объединения приведена на рисунке 23.

В схеме ключевые элементы Кл1 и Кл2 управляются противо-фазными последовательностями прямоугольных импульсов, которые в момент размыкания ключей Кл1 замыкают ключи Кл2 и наоборот. Поэтому, пока верхняя емкость накапливает заряд, вторая (нижняя) - заряд хранит, передавая на выход фиксатора запомненное ранее напряжение. На следующей фазе управляющего напряжения верхняя емкость будет передавать напряжение на выход, а нижняя - заряжаться.

Максимальная частота смены уровней напряжения на выходе фиксатора будет определяться временами выборки входной амплитуды с заданной точностью. Отсюда следует, что минимальный шаг по времени в случае моделирования дискретных процессов должен быть больше времени выборки.

На рисунке 24 приведе-на схема модели фиксатора нулевого порядка, созданная в среде моделирующего пакета Micro-Cap V в виде макро-определения аналоговой ком-поненты с именем файла Zh.cir, параметрами которого являются начальное условие Xo и время задержки h (шаг).

К макросу рисунка 24 создано изображение этого объекта, показанное на рис.25, которое можно включать в схемы моделирования дискретных процессов.  Zh(Xo,h) - имя оператора процедуры с фактическими параметрами.

Примененный для построения модели фиксатора пакет схемотехнического моделирования позволил в схеме вместо ключевых элементов Кл1 и Кл2 применить сопротивления и источники ЭДС Е1 и Е2, управляемые электрическим напряжением. Закон изменения их значений задается алгебраическими выражениями, независимыми переменными которых могут быть: напряжения каких-либо помеченных узлов (v(a) - В), время (t - с) и температура (TEMP - °С).

Внизу рисунка 24 размещены операторы, присваивающие именам величин значения алгебраических выражений. Так, например, формальному обозначению величины напряжения Е3 программируемого источника напряжения присваивается фактическое формульное выражение , где h - параметр (в секундах), задающий половину периода синусоидального напряжения v(a) с амплитудой 1 В в точке a.

Аналогично, изменение величины сопротивления, обозначенного именем R1, задано формулой:

В зависимости от знака синусоидального напряжения v(a) величина сопротивления будет либо 1 Ом, либо 1012 Ом.

Для конденсаторов С1 и С2 величина емкости 0,1 мкФ и начальное значение напряжения IC=Xo в вольтах заданы как атрибуты имени. Имена конденсаторов в скобках - пояснительный текст.