Термисторная схема с автоматическим смещением имела общую доминирующую тепловую/электрическую постоянную времени всего 25 мс, но значительно заваленные фронты прямоугольного (теплового) входного импульса длительностью 100 мс, источником которого был пульсирующий синий светодиод. Схема, подобная «прогнозирующей», на основе одного операционного усилителя, дающая более достоверную картину фактического входного возбуждения, была улучшена по сравнению со схемой, описанной в предыдущей статье [1]. Схему моделирует фильтр нижних частот на Рисунке 1 с постоянной времени RC приблизительно равной 25 мс.
 |
|
| Рисунок 1. | Эта RC-цепь моделирует доминирующую постоянную времени преобразователя, вырабатывающего промежуточное напряжение VX в ответ на входной сигнал VIN. Используя VX в качестве входного сигнала, прогнозирующая схема восстанавливает исходный сигнал из VX, таким образом что VOUT = VIN. |
Входное напряжение моделирует реальное воздействие на преобразователь – скажем, импульсный тепловой поток, – а напряжение выходного отклика преобразователя VX подается на вход корректирующей прогнозирующей схемы, выходным сигналом которой является напряжение VOUT. Для комплексной частоты s выходной сигнал VX фильтра нижних частот можно выразить как функцию его входного сигнала VIN в виде следующей известной формулы для однополюсного отклика:
Единственный полюс характеристики этого фильтра нижних частот находится на частоте
Если пока не учитывать конденсатор емкостью 400 пФ в цепи обратной связи схемы на Рисунке 1, выражение для коэффициента усиления по напряжению неинвертирующего операционного усилителя будет иметь вид
Следовательно, этот отклик имеет единственный ноль при
Результирующая передаточная функция RC-фильтра и прогнозирующей схемы, соединенных каскадно, становится равной
Поэтому, если выбрать постоянную времени прогнозирующей схемы равной постоянной времени преобразователя, то есть если C1R1 = CR, произойдет компенсация полюса передаточной функции нулем, так что VOUT = VIN.
Другими словами, выходной сигнал прогнозирующей схемы теперь становится идентичным исходному входному сигналу преобразователя. Более того, это должно быть верно независимо от того, какую форму имеет входной сигнал.
На Рисунках 2, 3 и 4 показаны формы входного сигнала преобразователя, соответствующего выходного сигнала преобразователя и окончательного выходного сигнала прогнозирующей схемы, полученного из сигнала VX. На рисунках, соответственно, показаны эти сигналы для трех входных сигналов частотой 2 Гц: пилообразного, импульсного с коэффициентом заполнения 20% и синусоидального. На каждом из рисунков сигналы VIN и VX смещены по вертикали на 5 и 2.5 В, соответственно. Пилообразный и синусоидальный входные сигналы имеют смещение 1 В, что необходимо для операционного усилителя с однополярным питанием. На практике для оптимальной устойчивости схемы нужен конденсатор емкостью 400 пФ, который предотвращает неограниченный рост коэффициента усиления петли обратной связи операционного усилителя с увеличением частоты. Кроме того, хотя усилитель AD820 работает с однополярным источником питания, его также можно использовать в схеме с двуполярным питанием для обработки биполярных сигналов.
 |
|
| Рисунок 2. | Восстановление формы входного пилообразного напряжения показывает, что схема может правильно работать со сложными, возможно, повторяющимися сигналами. |
Прогнозирующая схема работает так, как и ожидалось, формируя выходные напряжения, практически не отличающиеся от входных для всех протестированных входных сигналов. Для более сложных, возможно, повторяющихся сигналов реконструкция входного пилообразного сигнала является убедительным доказательством правильной работы схемы (Рисунок 2). Как и в предыдущей схеме, выходной сигнал этой прогнозирующей схемы сразу же достигает асимптотического предела возрастающей или спадающей экспоненциальной характеристики преобразователя (Рисунок 3).
 |
|
| Рисунок 3. | Выходной сигнал прогнозирующей схемы сразу же достигает асимптотического предела возрастающей или спадающей экспоненциальной характеристики преобразователя. |
С другой стороны, внесенный преобразователем фазовый сдвиг синусоидального сигнала на Рисунке 4, имеющего единственную частотную составляющую, был должным образом скорректирован во времени на –24.2 мс, а слегка ослабленный выходной сигнал преобразователя – в данном случае до 95% от уровня входной амплитуды – был восстановлен на выходе до уровня 99.7%. Постоянная составляющая входного напряжения также во всех случаях правильно передается на выход.
 |
|
| Рисунок 4. | Внесенный преобразователем фазовый сдвиг синусоидального сигнала, имеющего единственную частотную составляющую, должным образом скорректирован во времени, а слегка ослабленный выходной сигнал преобразователя был восстановлен на выходе. |
Важно отметить, что для того, чтобы прогнозирующая схема могла точно восстановить входное воздействие, уровень промежуточного сигнала VX после RC-фильтра должен оставаться достаточно большим.
Купить AD820BR на РадиоЛоцман.Цены
