Устройство для моделирования нелинейных двухполюсников

 

СОКЕ СОЕЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„,80„„1354220 А 1 @4 6 06 0 7/62 с

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСНОМ У СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3858504/24-24 (22) 18.02.85 (46) 23.11.87. Бюл. № 43 (71) Красноярский политехнический институт (72) В.П.Довгун, Ю.С.Перфильев, А.Н.Григорьев и А.С.Бельмас (53) 681.333 (088.8) (56) Марше Ж. Операционные усилители и их применение. — Л.: Энергия, 1974, с.100, рис. 6-21.

Авторское свидетельство СССР

¹ 1092533, кл. G 06 G 7/62, 1984. (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ

НЕЛИНЕЙНЫХ ДВУХПОЛЮСНИКОВ, содержащее дифференциальный усилитель, неинвертирующий вход которого является первым информационным выводом устройства, первый усилитель напряжения, первый и второй масштабные резисторы и переменный резистор, о т л и ч а— ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности, в него введены второй усилитель напряжения, первьй, второй и третий неинвертирующие усилители . тока, первый и второй элементы вос- . произведения комплексного сопротивления H инвертирующий усилитель тока, выход которого подключен к неинвертирующему входу дифференциального усилителя, выход которого через переменный резистор соединен .с входом первого неинвертирующего усилителя тока, выход которого через нагрузочный резистор соединен с шиной нулевого потенциала устройства и подключен к входу первого усилителя напряжения, выход которого через первый элемент воспроизведения комплексного сопротивления соединен с входом второго неинвертирующего усилителя тока, выход которого подключен к входу второго усилителя напряжения и к первому выводу элемента воспроизведения комплексного сопротивления, второй вывод которого соединен с шиной нулевого потенциала, выход второго усилителя напряжения подключен к первым выводам первого и второго масштабных резисторов, вто- С рой информационный вывод устройства соединен с инвертирующим входом диф- ф ференциального усилителя и с выходом третьего неинвертирующего усилителя тока, вход которого подключен к вто- С4 рому выводу второго масштабного рези- Ql стора, второй вывод первого масштаб- 4 ного резистора соединен с входом ин- ) вертирующего усилителя тока. Ь) 1354220

Изобретение очгносится к аналоговой вычислительной технике и предназначено для моделирования нелинейных двухполюсников.

Цель изобретения — повышение точности и расширение функциональных возможностей устройства за счет моделирования нелинейных кулонвольтных характеристик.

На чертеже изображено предлагаемое устройство.

Устройство содержит переменный резистор 1, первый 2 и второй 3 элементы воспроизведения комплексного сопротивления, первый 4 и второй 5 масштабные резисторы, дифференциальный усилитель б, первый 7 и второй 8 усилители напряжения, первый 9, второй

1О, третий 11 неинвертирующие усилители тока, инвертирующий усилитель

12 тока, нагрузочный резистор (не показан). Переменный резистор 1 включен между выходом дифференциального усилителя 6 и входом первого неинвертирующего усилителя 9 тока. Вход первого усилителя 7 напряжения подсоединен к выходу первого неинвертирующего усилителя 9 тока, который является выходом устройства и соединен через нагрузочный резистор с шиной нулевого потенциала, элемент 2 включен между выходом первого усилителя 7 напряжения и входом второго неинвертирующего усилителя 10 тока. Второй элемент 3 включен между выходом второго неинвертирующего усилителя 10 тока и шиной нулевого потенциала. Вход второго усилителя 8 напряжения подключен к выходу второго неинвертирующего усилителя 10 тока. Первый 4 и второй

5 масштабные резисторы подсоединены одним выводом к выходу второго усилителя 8 напряжения, а вторым — соот,ветственно к входу инвертирующего усилителя 12 тока и к входу третьего неинвертйрующего усилителя 11 тока.

Выход инвертирующего усилителя 12 тока подсоединен к неинвертирующему входу дифференциального усилителя 6, являющемуся первым информационным выводом устройства. Выход третьего неинвертирующего усилителя 11 тока подсоединен к инвертирующему входу дифференциального усилителя 6, являющемуся вторым информационным выводом устройства;

Устройство работает следующим образом.

Напряжение на выходе дифференциального усилителя 6 пропорционально напряжению между первым и вторым информационными выводами устройства:

4 (2) (1) I где U — напряжение на первом информационном выводе; напряжение .на втором инфор0 мационном выводе;

К вЂ” коэффициент усиления дифференциального усилителя 6

U4 — напряжение на выходе диффе15 ренциального усилителя б.

Ток на входе первого усилителя 9 тока определяют из соотношения (входным сопротивлением усилителя тока пренебрегают) 20 0

I =V /R= — — — ——

K (Ut 01)

4 4

У (2) где R — сопротивление переменного резистора 1.

Ток на выходе первого усилителя 9 тока кк,(v-v)

I =К I (3) э н R

Д где К, . — коэффициент усиления перво30, го усилителя 9 тока;

I — ток на выходе первого усили3 теля 9 тока.

Напряжение на входе первого усилителя 7 напряжения

2нК К (Ui П2) н « а (4) н з . где Š— сопротивление нагрузки.

Напряжение на выходе первого усилителя 7 напряжения

40 ч

z.ê к",к,(v -v,) (5)

4 3 R

Э ц где К, — коэффициент усиления первого усилителя 7 напряжения.

45 Ток на входе второго усилителя 10 тока и нк к к (п 4)

I =U /Z — — — -- — 4 4 э (6) где Z < — сопротивление первого элемента 2 воспроизведения комплексного сопротивления.

Напряжение на входе второго усилителя 8 напряжения пропорционально сопротивлению второго элемента 3 воспроизведения комплексного сопротивления Z

u > u

ZgZgK K,KgKi(U(Па)

У 2 . 4 я р

< з 1354220

Ток на входе третьего усилителя 11 Тогда входное сопротивление усттока ройства определяется выражением

u a д ч и (8) кгкгZRR, 1I

5 где Кг — коэффициент усиления второго усилителя 8 напряжения;

R — сопротивление второго масштабного резистора 5.

Ток на входе инвертирующего усили- 1О теля 12 тока

П Пг

t-Z (13)

Подставляют (10) -(12) в (13) и получают

ZË R ц т 7 т и °

Егин К К4К< КгК Х г (14)

Обозначают (1 5)

Подставляют (15). в (14) и получают

u a a н и

Z Z K K) КгКс Кг (П Пг) (9) г 5 г Z< RR где R — сопротивление первого масш 2 . табного резистора 4.

Токи через первый и второй информационные выводы устройства определяются соотношением н з ь и ц г н К K K i Kz K i K z (ПгП а ) (1 О)

Z,R R

1 где К вЂ” коэффициент усиления инвертирующего усилителя 12 тока, з г К КзК< K» KgKgK g (U» Пг)

Тг Z g К где К, — коэффициент усиления третьего усилителя 11 тока. д 3

При K =K4 токи через первый и второй выводы равны, т.е.

Т,=-Тг=Z. (12) Z I R К1

15 <-г ° (16)

Z,Z„K, Из выражения (16) видно, что характер входного сопротивления зависит от характеров сопротивления элементов

2 и 3, не составляет труда сделать его либо индуктивным, либо емкостньпч.

Масштаб моделируемой нелинейной ха рактеристики можно изменять переменным резистором 1.

Устройство позволяет моделировать как незаземленные двухполосные с нелинейными вебер-амперными или кулонвольтными характеристиками, так и заземленные. Для имитации последнего достаточно соединить первый или вто30 рой входы с шиной нулевого потенциала.

1 бхай

Вх2

ЫХ