Рис. 2.12. Схема умножителя с коммутационно-модуляционным инвертированием

тактовой частоты целесообразен при перемножении сигналов сомножителей, имеющих спектр от О до «в и невысокую граничную частоту.

Как показало экспериментальное исследование, основная приведенная погрешность умножителя на управляемых проводимостях, выполненного в соответствии со схемой, показанной на рис. 2.12, не превышает 0,05 % при изменении входных сигналов - сомножителей частотой I кГц в диапазоне от 2 мВ до 120 мВ. Частота коммутации входных инверторов составляла 10 Гц. Относительная частотная погрешность умножителя не превышает 0,15 % при изменении частоты входных сигналов от 20 Гц до 100 кГц. Различие результатов измерений при перемножении переменных (f=l кГц) и постоянных напряжений не превышает 0,07%. Время установления выходного сигнала умножителя не пре« вышает 0,7 с.

2.7. Методы аддитивной и мультипликативной коррекции

Рассмотренные ранее структурные методы повышения точности ПСЗН, как правило не корректируют их частотную погрешность.

В том случае, когда необходимо спроектировать ПСЗН, ра-ботаюш,ие в весьма широком диапазоне частот, в качестве умножителей (квадраторов) в них стремятся использовать электротепловые преобразователи, частотная погрешность которых пренебрежимо мала в диапазоне от 10-20 Гц до десятков мегагерц. Частотная погрешность ПСЗН в этом случае в основном определяется частотной погрешностью масштабного преобразователя МП.

Структурные схемы МП различны. Их основными узлами обычно бывают делитель напряжения и усилитель с регулируемыми коэффициентами передачи. Погрешность нескорректированного усилителя значительно превосходит погрешность пассивного делителя напряжения, но скорректировать погрешность усилителя существенно проще, чем погрешность делителя напряжения. Отметим, что если общий коэффициент передачи MHfel.O, то методы аддитивной и мультипликативной коррекции позволяют стабилизировать его характеристики в широком диапазоне Частот.

Как известно, для стабилизации коэффициента усиления усилителя или измерительного преобразователя с однородной вход-

ной и выходной величинами широко применяют методы отрицательной обратной связи (ООС).

Коэффициент усиления усилителя, охваченного цепью ООС (koc), связан с коэффициентом обратной связи р и коэффициентом усиления без обратной связи k зависимостью вида

feoc = %/{l + Pfe).

где l+pft -петлевое усиление усилителя; р, - коэффициент, зависящий от вида ОС (в частности, для усилителя, охваченного параллельной ООС по напряжению, р=1-р, в случае последовательной ООС по напряжению р=1,0).

При pfe>-l,0 feocten/p. Величина р зависит от соотношения сопротивлений резисторов и может быть сделана достаточно стабильной в широком диапазоне частот. Таким образом, для обеспечения высокой стабильности коэффициента кос необходимо обеспечить большое петлевое усиление. Однако если речь идет о широком диапазоне частот (от десятков герц до нескольких мегагерц и более), то трудно сохранить устойчивость усилителя, удовлетворяющую неравенству pfe:l. Следует отметить, что с по-, мощью ОРС нельзя уменьшить аддитивную погрешность усилителя, приведенную к его входу. Значение аддитивной погрешности, приведенной к выходу усилителя, уменьшается с ростом петлевого коэффициента усиления в 1-\-к раз, но одновременно во столько же раз уменьшается полезный сигнал на выходе усилителя.

Методы аддитивной и мультипликативной коррекции позволяют в значительной мере избежать недостатков, свойственных методу с ООС. Аддитивная коррекция заключается в суммировании в сопоставимых масштабах абсолютной погрешности измерительного преобразователя и сигнала {58]. Из этого определения следует, что преобразователь с аддитивной коррекцией должен содержать устройства для выделения погрешности и ее масштабного преобразования и суммирующее устройство.

Для выделения абсолютной погрешности ПСЗН и суммирования ее с входным сигналом необходим образцовый преобразователь, преобразующий выходной сигнал ПСЗН (обычно постоянное напряжение или частота) в переменный, частота которого должна быть равна частоте входного сигнала. Такой преобразователь создать достаточно сложно. Поэтому аддитивная коррекция нашла практическое применение только для стабилизации коэффициента передачи четырехполюсников с однородными входными и выходными сигналами, например масштабного преобразователя или отдельных его элементов.

Для стабилизации коэффициента передачи широкополосных . усилителей и масштабных преобразователей методом аддитивной коррекции предложено большое число различных электрических цепей [58]. Корректирующие цепи обычно содержат дополнительный преобразователь, два сумматора и делитель напряжения, т. е. по сложности превосходят простую цепь ООС, но обеспечи-70

Рис. 2.13. Схемы с мультипликативной коррекцией

вают стабильный коэффициент передачи корректируемого устройства в широком диапазоне частот.

Мультипликативная коррекция заключается в изменении значения коэффициента передачи корректируемого устройства с помощью сигнала, функционально связанного с возмущающим фактором или с погрешностью корректируемого устройства. Таким образом, для реализации мультипликативной, коррекции необходимо устройство для измерения и преобразования возмущающего фактора или устройство для выделения погрешности, канал передачи возмущений, пропорциональных возмущающему фактору или погрешности, и управляемый масштабный преобразователь в цепи передачи измеряемой величины.

Схема ПСЗН с мультипликативной коррекцией представлена на рис. 2.13,а. Цель коррекции заключается в обеспечении постоянства коэффициента передачи преобразователя П1, состоящего из масштабного преобразователя и ПСЗН, независимо от значения и формы сигнала на его входе. Разработка прецизионного масштабного преобразователя для усиления малых сигналов искаженной формы в широком диапазоне частот является, как правило, более трудной задачей, чем создание образцового ПСЗН, рассчитанного на входной сигнал сравнительно высокого уровня. Измеряемое напряжение Ux, усиленное усилителем У, поступает одновременно на вход образцового ПСЗН (преобразователь П2) и на пассивный делитель напряжения Д с коэффициентом передачи KiXjky, где - коэффициент усиления усилителя У. Выход делителя Д присоединен ко входу преобразователя П1. Выходные напряжения преобразователей П1 и П2 поступают на сравнивающее устройство СУ, управляющее коэффициентом пе-