Системы питания 227

6. Системы питания

Характеристики источников питания АВМ во многом определяют стабильность и точность работы АВМ.

Качество работы источников питания АВМ П1] характеризуют следующие параметры

Изменение выходного напряжения при изменении напряжения сети на 5%.......... От 0,5 до 0,005%

Изменение выходного напряжения при 50%-ном изменении Фока нагрузки относительно номи-

< нального уровня................. От 0,5 до 0,005%

Помехи (дрейф, пульсации, шумш) за 24 ч. . . 0,5-10 мВ

Выходное сопротивление........... 0,1-0,01 Ом (1-10 кГц)

Большое значение для АВМ имеет малая величина выходного сопротивления стабилизированных источников питания.

Изменение выходного напряжения источника питания при изменении тока в цепи нагрузки, кроме непосредственного увеличения погрешности в выполнении операций, может привести также и к появлению паразитной связи между функциональными блоками, к неустойчивости операционных усилителей. Явление неустойчивости связано с появлением дополнительной цепи положительной обратной связи между каскадами ОУ за счет падения напряжения от тока, протекающего через выходной каскад, на выходном сопротивлении источника питания. Для исключения этого явления в схемах усилителей напряжения переменного тока в цепи питания включаются фильтры низких частот. Для исключения неустойчивости в схемах усиления напряжения постоянного тока применяют следующие меры: максимальное уменьшение выходного сопротивления источника питания, приближение источников питания к усилителям с целью уменьшения сопротивления проводов питания, разделение цепей питания выходного каскада и остальных каскадов усилителя и рациональный монтаж нулевых проводов.

Допустимая величина выходного сопротивления стабилизированного источника питания ОУ зависит от количества подключенных к нему ОУ. Например, если к источнику постоянного тока подключено более пятидесяти усилителей, выходное сопротивление должно быть не более 0,01-0,05 Ом в диапазоне частот, в котором обеспечивается стабильность усилителей. Если требуемая величина выходного сопротивления источника питания не обеспечивается, применяется несколько источников.

Распределение токов и выбор системы монтажа цепей питания, а также выбор сечений проводов производится так, чтобы сопротивления цепей питания были меньше выходных сопротивлений источников питания. В тех случаях, когда это возможно, сопротивление проводов системы питания должно входить в состав схемы, охваченной отрицательной обратной связью, например, в состав стабилизатора напряжения, так, чтобы действующее значение сопротивления провода уменьшалось за счет деления его значения на коэффициент, усиления усилителя стабилизатора напряжения.

С точки зрения точности, стабильности решения большое значение имеет организация системы цепей заземления в АВМ. С целью снижения различных помех, а особенно с целью уменьшения разности постоянных потенциалов сопротивления этих цепей стремятся сделать возможно меньшими. Это достигается за счет сокращения их длины и увеличениясечения проводов, использования отдельных цепей заземления для отвода обратных токов, возникающих во входных цепях усилителей и (или) модуляторов (земля операционная), в цепях заземления других каскадов усилителей и решающих блоков (земля питания). Все цепи заземления соединяются в одной общей точке, расположенной обычно недалеко от наборного поля. Корпус машины ( земля корпуса ) также соединяется с цепями заземления АВМ только в одной точке.

Источник стабилизированного напряжения постоянного тока АВМ в большинстве случаев состоит из последовательно соединенных электромагнитного стабилизатора напряжения переменного тока, выпрямителя и электронного стабилизатора напряжения постоянного тока.

Электромагнитный стабилизатор представляет собой трансформатор с магнитным шунтом между первичной и вторичной обмотками, работаюший в режиме электромагнитного насыщения. Вторичная обмотка имеет емкостную нагрузку. Правильный выбор витков в компенсационной.обмотке позволяет поддерживать постоянство выходного напряжения при изменении напряжения сети в определенном диапазоне. Электромагнитные стабилизаторы обладают малой инерционностью, они надежны в работе и просты в обслуживании. К их недостаткам следует отнести сравнительно малую мощность и существенную зависимость выходного напряжения от изменения частоты и формы синусоидального напряжения питающей сети.

Электронные стабилизаторы постоянного тока обеспечивают постоянство

Рнс. 4.23. Схема стабилизатора последовательного типа.

Рнс. 4.24. Схема источника напряжений, использующая усилитель согласования с высокоомным входом.

выходного напряжения (вдопустнмых пределах) и обладают малым выходным сопротивлением в широком диапазоне частот. Основное применение в источниках питания АВМ находят электронные стабилизаторы с отрицательной обратной связью. В состав стабилизатора входят источник опорного напря жения, усилитель постоянного тока, регулирующие лампы и делитель напряжения.

По способу включения регулирующих ламп и нагрузки стабилизаторы напряжения делятся на стабилизаторы последовательного и параллельного типов.

В схемах ламповых и транзисторных источников питания АВМ обычно используются стабилизаторы последовательного типа, так как они обладают меньшими потерями выпрямленного тока.

В стабилизаторах последовательного типа регулирующие лампы JIJ включаются последовательно с цепью нагрузки и вся схема работает как усилитель с обратной связью, с помощью которого напряжение, составляющее часть выходного напряжения стабилизатора, подстраивается относительно фиксированного опорного напряжения Eqi, (рис. 4.23). Регулирующие лампы нлн транзисторы, осуществляющие последовательную стабилизацию, можно рассматривать как выходные каскады усилителей разбаланса УР, выполняемые по схеме катодного илн эмиттерного повторителя.

Так как аналоговые функциональные блоки могут иметь большую поЛосу рабочих частот, чем стабилизаторы, от которых они питаются, то в большинстве АВМ малое выходное сопротивление источников питания в области высоких частот обеспечивается включением шунтирующего конденсатора на выходе источника, однако такой способ приводит к уменьшению полосы рабочих частот самого стабилизатора. Параллельно конденсаторам большой емкости

обычно включаются небольшие шунтирующие безындуктивные конденсаторы.

В качестве источников опорного напряжения в стабилизаторах широко применяются газоразрядные лампы (стабйловольты), нормальные элементы, батареи, стабилитроны, а также специальные блоки эталонных напряжений. В некоторых случаях одно из стабилизированных напряжений используется как опорное для остальных схем стабилизации. В качестве источников эталон ного напряжения АВМ используются кремниевые стабилитроны, газоразрядные стабйловольты, ртутные батареи или нормальные элементы. Кроме того, используются различные схемы компенсации температурной погрешности (в основном, для стабилитронов), термостатирование, предварительно тренированные высококачественные элементы (стабйловольты).

Для получения мощного выхода эталонное напряжение усиливается операционными усилителями постоянного тока, снабженными мощными выходными каскадами (с выходным током до 250 мА).Применение положительной обратной связи (рис. 4.24) позволяет не нагружать первичный датчик эталонного напряжения (что особенно важно, например, для нормального элемента).

Для получения большого входного сопротивления ?вх приведенной схе. ме необходимо обеспечить выполнение равенства

Rs = bRi - Ri.

Например, для получения R = 100 МОм достаточно выполнить следующие

условия:

= = 1; Ri = l МОм; Ra = 0,5 МОм; b = -1,5, Ri

причем отклонение коэффициента передачи b от расчетного значения Ь = R Ч- Ri

=---1 должно быть не более 0,5%.

В зависимости от класса машины и принятого способа ее построеивя возможны различные варианты структурно-конструктивного построения источников электропитания. Источники питания, построенные по схеме, где в одном конструктивном узле объединены все выпрямители и стабилизаторы, применяются в малых передних аналоговых машинах (ИПТ-5, МН-7, ЛМУ-1. МНБ-1, МПТ-9).

Одним из путей построения систем питания больших машин является распределение ее на отдельные источники питания, каждый из которых содержит все необходимые узлы для образования напряжения одного номинала. Такие источники питания могут быть расположены непосредственно в секциях, где размещаются операционные усилители.

Дальнейшим развитием систем этого типа является конструктивное отделение выпрямителей от стабилизаторов. Это приводит к определенным удобствам в размещении аппаратуры питания в секциях машины (например, МН-14).

7. Системы коммутации

Соединение операционных блоков АВМ между собой для образования вычислительной схемы в соответствии с заданной системой уравнений производится с помощью специального конструктивного узла - наборного или коммутационного поля. Необходимые соединения при этом выполняются обычно вручную.

По способу коммутации поля могут быть с жесткой и гибкой системой со . единений. В первом случае отдельные точки коммутационного поля соединя.