Входное напряжение постоянного тока U. изменяет положение периодического напряжения 1/ф относительно нулевой оси (рис. 3.41,б).Из выходного напряжения суммирующей цепи по нулевым уровням формируются прямоугольные импульсы длительностью т, зависящей от Ux по функциональному Закону, определяемому формой t/ф.

Заполняя интервал т счетными импульсами постоянной частоты, получаем выходное напряжение в цифровом виде Л,. Усредняя напряжение прямоугольных импульсов fj,. получаем выходиоенапряжение постоянного тока. Величина Uy зависит также и от характера выходных прямоугольных импульсов, так кяк они могут быть однополярныдзи и двухполярными.

Рис. 3.41. Время-импульсный нелинейный блок с суммированием напряжений:

а - структурная схема; б-временные диаграммы.

Кроме того, возможно другое определение выходного напряжения: смещенное относительно нулевого уровня напряжение специальной формы ограничивается таким образом, что на вход следующего за формирователем сглаживающего фильтра СФ подается лишь часть напряжения суммы Ux и U, расположенная выше (или ниже) нулевой оси Функциональная зависимость выходного напряжения фильтра от входного определяется формой U. Такой функциональный преобразователь уже не относится к время-импульсным, так как не использует в качестве моделирующих величин временные интервалы, но очень близок к описываемым здесь ВИФП Этот принцип используется, например, для получения квадратичных преобразователей в которых описанным манипуляциям подвергается периодическое напряжение треугольной формы.

По своей структуре описываемый ВИФП прост и его качество определяется, главным образом, качеством генератора напряжения специальной формы и формирователя. Динамические свойства близки к динамическим свойствам ВИФП с широтной модуляцией и усреднением напряжений специальной формы и других ВИФП со сглаживанием импульсных напряжений, t

ВИФП с нелинейными импульсными делителями напряжения. Простейший ИДН, содержащий ключ и усредняющий фильтр, является функциональным временным демодулятором, так как его выходиоенапряжение нелинейно

зависит от относительной длительности -?р управляющих импульсов!

UyUx

(3.60)

(3.61)

е;. + (1-е;.)

Если нелинейный ИДИ охватить обратной связью, то получим схему ФВМ с характеристикой

(3.62)

Используя схему с двумя нелинейными ИДИ, аналогичную схеме, пока-ванной на рис. 3.37, получаем аппроксимирующую характеристику вида

(3.63)

,е + а,(1-е)

,.гдеа, = ; = If! ; е = 6,2 = ; i/, 2, и t/, 2,

входное и выходное напряжения нелинейных ИДИ.

Более сложные структуры нелинейных ИДИ обеспечивают дробно-рацио-. нальные характеристики

} BkUl

(3.64)

которые используются для аппроксимации элементарных функций Uy - F {Ux)-), ВИФП с использованием функциональной зависимости спектрального состава периодических импульсов от их длительности. Сущность этого функционального преобразователя заключается в том.что после время-импульсного преобразования входного напряжения в определенную длительность импульса применяется операция выделения из спектра, полученного на выходе временного модулятора, импульсного напряжения какой-либо гармоники разложения Фурье. Так как амплитуды гармоник зависят от длительности импульсов по определенному функциональному закону, то получим

1 U k=-0A0AUx)h (3-65)

[Где - функция, определяемая формой выходных импульсов временного ,/ модулятора; - функциональная характеристика временного модулятора. i I Операцию разложения в - ряд периодического напряжения можно сочетать с предварительным функциональным преобразованием разлагаемого импульсного напряжения каким-либо из перечисленных выше методов. Проиллюстрируем работу данного типа ВИФП на примере выработки часто встре-i, чающейся зависимости у = Xisin х.

где и Гр - постоянные времени заряда и разряда конденсатора усредняющего /?С-фильтра.

Полагая, что в схеме ИДИ выполняется условие

Т<Т и Т<Т,

после разложения экспоненциальных членов выражения (3.60) в ряд и несложных преобразований получаем

Вначале осуществляется обычная линейная широтно-импульсная модуляция, в результате которой входное напряжение Ux преобразуется в прямоугольные импульсы с относительной длительностью -jr. Затем из периодн-

ческих импульсов- с относительной длительностью -г при помощи избирательного фильтра ИФ выделяется k-я гармоника ряда Фурье. Если выбрать начало отсчета так, чтобы вертикальная ось проходила через середину импульса, то амплитуда к-й гармоники \

2Ur *

Vmk == Sin = Uxi sin aUx.

(3.66)

где a - постоянный коэффициент.

Выпрямляя напряжение -й гармоники, получаем

Uy - UxisinaUx- (3.67)

Используя первую гармонику, получаем воспроизведение синусной зависимости y = smx в пределах от О до rt при. изменении от О до 1. При

переходе к гармоникам более высоких номеров пределы возможных значений аргумента расширяются, хотя одновременно уменьшаются по величине выходные напряжения. Операция умножения sinx на х реализуется амплитудной модуляцией прямоугольных импульсов с помощью ключевого элемента АИМ.

бВОЧ

Рис. 3.42. Спектрально-импульсный нелинейный блок: а - структурная схема; 6 - временные диаграммы {К = 4).

На рис. 3.42, а показана одна из возможных структурных схем реализации описываемого ВИФП. Схема состоит из широтно-импульсного модулятора ШИМ, амплитудно-импульсного модулятора АИМ, избирательного фильтра ИФ, усилителя неременного тока У, фазочувствительного выпрямителя ФЧВ и блока выработки напряжения опорной частоты БВОЧ.

Блок выработки опорного напряжения фазочувствительного выпрямителя обеспечивает фазирование напряжения ФЧВ относительно середины прямоугольного импульса. Это необходимо для сохранения неизменного положения системы координат, при котором справедливо равенство (3.66). Если гармоническая функпия воспроизводится в пределах не более 180°, то схема существенно упрощается за счет исключения блока БВОЧ и применения нефазочувствительного выпрямителя.

Анализ и практические результаты применения некоторых из указанных методов подтверждают пригодность их для создания специализированных и