разных диапазонов частот, то для определения погрешности ПСЗН, имеющих частотно-зависимую нелинейность, надо поступить следующим образом.

Для каждого диапазона частот на частоте, где погрешность максимальна, надо определить погрешность ПСЗН в зависимости от уровня измеряемого сигнала. Поскольку всем схемам ПСЗН присуща погрешность нелинейности вида l/icdUJ), а полная погрешность приборов для измерения СЗ нормируется, как правило, двучленной формулой, то, для того чтобы двучленная формула могла описать полную погрешность прибора, необходимо оговаривать, в каком диапазоне измеряемых сигналов справедливы приводимые значения коэффициентов этой формулы.

Во всех без исключения схемах ПСЗН присутствует частотная погрешность умножителя, вносящая мультипликативную погрешность в функцию преобразования ПСЗН. В схемах 1-3, 6, 16-19 имеется лишь мультипликативная частотная погрешность, которая может быть скомпенсирована с помощью обычных способов коррекции амплитудно-частотных характеристик функциональных блоков, входящих в состав ПСЗН. В остальных схемах имеются частотные погрешности, относительное значение которых зависит от уровня измеряемого сигнала. Такие погрешности невозможно скомпенсировать с помощью коррекции А-ЧХ функциональных блоков.

В схемах 1, 4-6, 8, 9, 11-14, 17 погрешность прямого прохождения сигнала умножителя (Cyi, Су2, Свь Свг) не йносит погрешности в функцию преобразования ПСЗН (при выполнении условия CyiC!ic<rCyoGica2c, Cy2a2c<Cyoajca2c и т. д.).

В схемах 4, 7-10 в функцию преобразования ПСЗН не вносят погрешности 1П[остоянные составляющие сигнала на выходе делителей. Они могут быть даже одного порядка с полезным сигналом.

В некоторых схемах за квадратором следует ФНЧ, поэтому в Этих схемах в качестве квадраторов могут быть использованы элементы, представляющие собой, единое целое из квадратора и ФНЧ (например, термопреобразователи). В схемах 2, 9, 16, 18 эти элементы не обязательно должны иметь квадратичную зависимость выходного сигнала от СЗ входного сигнала. Важно лишь, чтобы мгновенное значение входного сигнала строго возводилось в квадрат и использовались идентичные квадраторы (в схемах 2, 16, 18).

Преобразователи СЗН, имеющие обратную связь, при входных сигналах, стремящихся к нулю, работают неустойчиво. Это связано с тем, что в схемах с делителями должно осуществляться деление на ноль, а в схемах с квадраторами в ОС чувствительность квадратора при f/x-»-0 также стремится к нулю, т. е. обратная связь разрывается. Для обеспечения устойчивости при уменьшении входного сигнала ниже определенного уровня ОС обычно разрывают, а вместо сигнала обратной связи подают некоторый опорный сигнал (как сделано, например, в [15]).

• Рассматривая свойства ПСЗН, можно сделать следующие вы-ЕОДы.

Широким частотным диапазоном измеряемого напряжения об-

ладают схемы, у которых присутствует только мультипликативная частотная погрешность. Это схемы 1-3, 6, 16-19.

Широкий рабочий диапазон входных сигналов имеют схемы, у которых отсутствует Частотно-независимая погрешность нелинейности вида {CqUx), значение которой резко возрастает при уменьшении измеряемого напряжения. Это схемы 4, 8-12. Наличие частотно-зависимой нелинейности в данном случае не играет решающей роли, так как при низких частотах измеряемого сигнала эта погрешность пренебрежимо мала.

Наилучшие динамические характеристики можно получить с помощью схем, у которых фильтр не охвачен цепью общей обратной связи. В этом случае фильтр не влияет на устойчивость преобразователя и его параметры могут быть выбраны оптимальным образом. Следовательно, высоких динамических характеристик можно добиться 1в схемах 1, 2, 6, 16-19.

Следует отметить простоту схем 1-6 по сравнению с остальными.

Любой ПСЗН (за исключением схем 18 и 19 и схем, использующих умножители, представляющие собой единое целое из умножителя и ФНЧ) может быть легко трансформирован в преобразователь срдневыпрямленного значения. Для этого достаточно переставить ФНЧ в конец схемы. При этом до того как будет проведена фильтрация должны тем или иным способом быть выполнены операции возведения в квадрат входного сигнала и извлечение квадратного корня, т. е. сигнал на входе фильтра

При выполнении операции извлечения квадратного корня всегда определяется лишь один (положительный или отрицательный). Для этого ПСЗН с обратной связью всегда строят таким образом, чтобы на выходе схемы мог возникнуть сигнал лишь одной полярности. Таким образом,

иф=\Кх\.

Выходной сигнал фильтра, являющийся выходным сигналом преобразователя У, в этом случае будет

Y=\ux\.

Несложно показать, что коэффициент передачи такого преобразователя средневыпрямленного значения (кстати, двухполупери-одного) совпадает с коэффициентом передачи П(23Н, на основе которого он построен, за исключением коэффициента Сф, который выносится из-под знака квадратного корня.

1.4. Элементная база

Как было показано в § 1.2, основными блоками ПСЗН являются: умножители, делители, ФНЧ, суммирующие и вычитающие устройства и ОУ. Самые важные блоки ПСЗН - умножители и делители. Именно они в основном опре-28

деляют рабочие диапазоны входного иапряжения и частот, точность преобразователя и допустимые искажения измеряемого напряжения. В данном параграфе рассматриваются различные типы умножителей и делитытей и анализируются их свойства применительно к использованию в ПСЗН. Динамические свойства ПСЗН целиком зависят от характеристик используемого ФНЧ или усредняющего устройства с циклическим опросом. Вопросы динамики ПСЗН и построение связанных с этим функциональных блоков подробно рассматриваются в гл. 3. Характеристикаик используемого фильтра определяется также нижняя граница рабочего диапазона частот ПСЗН. Известно, что электромеханические и электротепловые квадраторы представляют собой единое целое из квадратора и ФНЧ. В этом случае нижняя граница рабочего диапазона частот ПСЗН определяется свойствами квадраторов. Суммирующие и вычитающие устройства и ОУ, используемые в ПСЗН, специфики не имеют. Этим устройствам посвящена обширная литература, например [9-11], поэтому в настоящей работе они не рассматриваются.

Умножители

В схемах табл. 1.2 встречаются умножители, перемножающие как два разных, так и два одинаковых сигнала, т. е. квадраторы. Ниже рассмотрены особенности построения умножителей обоих видов. Какие характеристики умножителя важны при использовании его в схемах ПСЗН? Согласно (1.11) можно выделить следующие погрешности умножителя: мультипликативную бсуо, погрешности прохождения сигнала на выходы Cyi и Суз, погрешность смещения Суз, частотную погрешность Су4, а также погрешность нелинейности. Поскольку после изготовления ПСЗН обычно настраивают и калибруют, то важны не абсолютные значения коэффициентов бсуо, Cyi, Су2, Суз, а их температурная и временная стабильность. Как было показано, на целый ряд схем ПСЗН не влияет погрешность, обуатовленная прохождением входных сигналов на выход умножителя - коэффициенты Cyi и Суг в (1.11). Частотные свойства ПСЗН зависят от частотной погрешности умножителя Су4. Следует отметить, что Су4 отражает погрешность постоянной составляющей выходного сигнала умножителя. Погрешность нелинейности умножителя в полной мере сказывается на точности ПСЗН. Как бьио показано, влияние погрешностей умножителя, так же как и остальных блоков, на погрешность ПСЗН ослабляется в два раза, т. е. если в ПСЗН используется умножитель с суммарной погрешностью, приведенной к его выходу, равной 1 %, то погрешность ПСЗН, обусловленная погрешностью умножителя, составит 0,5 %.

Рассмотрим различные типы умножителей, применяемых прн измерении СЗН.

Умножители с переменной крутизной. Работа таких умножителей основана на том, что выходное напряжение транзисторного дифференциального каскада в определенном диапазоне сигналов пропорционально как дифференциальному напряжению, подаваемому на его вход, так и току, питающему этот дифференциальный каскад [7-11, 16]. Усовершенствованную схему, использующую этот принцип, иногда называют умножителем с нормировкой токов [9, 10]. Такие умножители имеют предел допускаемой основной погрешности на уровне 0,5 % и предел допускаемой дополнительной погрешности от воз-Действия температуры -0,5.%/10 °С. Здесь и далее под пределом допускаемой погрешности понимается максимальное возможное значение погрешности умно-