Vlastnosti členů regulačních obvodů Vlastnosti všech regulačních obvodů se projevuje na kvalitě regulace. Statické vlastnosti regulačních členů Statické vlastnosti vyjadřuje statická charakteristika. Je to závislost mezi výstupním signálem členu x 2 a jeho vstupním signálem x 1 v ustáleném stavu. Při kreslení statické charakteristiky nevynášíme čas ani úhlovou frekvenci. Na vodorovnou osu vynášíme vstupní signál, výstupní signál vynášíme na svislou sou. Je-li statická charakteristika určitého členu přímkou, jde o lineární člen. Odlišuje-li se průběh charakteristiky od přímky, jde o nelineární člen. x 2 3 P 1 2 1-3 -2-1 0 1 2 3 x 1-1 -2 P 2-3 Známe-li průběh charakteristiky, můžeme matematicky vyjádřit závislost mezi vstupním a výstupním signálem daného lineárního členu. Prochází-li charakteristika počátkem, můžeme vyjádřit poměr výstupního a vstupního signálu v libovolném bodě, např. bod P 1 a P 2. Tento poměr udává statické zesílení: K = x 2 / x 1 Není-li charakteristika čistě přímková a od lineární se liší jen málo, nazývá se kvazilineární (téměř lineární) Na dalším obrázku je charakteristika nelineární. Zde nahradíme okolí pracovního bodu úseky x 1 a x 2. Provedeme linearizaci, t.j. nahrazení nelineární části charakteristiky přímkou (lineární). Úsek je v podstatě rozdíl a nazývá se cizím slovem diferenciál. Proto i zesílení X 2 nazýváme diferenciální zesílení. K X 1 1
Jako příklad uveďme diferenciální odpor stabilizační diody, který udává vnitřní odpor stabilizátoru. Je uváděn v katalogu a za jeho pomoci můžeme získat provizorní charakteristiku. U 0,1 V r 10 I 10.10 3 A 2
1)Nelinearita tipu omezení (nasycení) V rozmezí vstupních signálu x 10 až +x 10 se člen chová jako lineární. Při překročení tohoto pásma linearity se nelinearita projevuje tak, že při dalším zvyšování vstupního signálu x 1 se amplituda výstupního signálu x 2 již nezvyšuje, je omezena na hodnotu +x 20 nebo x 20. Stabilita může být podstatně ovlivněna při dosažení mezní hodnoty. Např. velikostí napájecího zdroje, dosažení max.hodnoty proudového zatížení tranzistorů, tyristorů, triaků, spínacích kontaktů. x 2 +x 20 -x 10 0 +x 10 x 1 -x 20 U nízkofrekvenčních tranzistorů se to projevuje omezováním (ořezáváním) amplitudy signálu. (fuzzy a boostry pro kytary). Ve vysoko frekvenční technice se záměrně omezuje amplituda mezi frekvenčního signálu přijímačů frekvenční modulace. Tím se odstraňuje nežádoucí amplitudová modulace. 2) Nelinearita typu pásmo necitlivosti V rozmezí vstupních signálu x 10 až +x 10 (pásmo necitlivosti) není na výstupu žádný signál (x 2 = 0). Tato nelinearita se vyskytuje všude, kde je tření. Příklad: snímače s pohyblivým ústrojím, servomotorů a u dvojčinných zesilovačů třídy B. x 2 -x 10 0 +x 10 x 1 3
Na činnost regulačního obvodu má necitlivost stabilizační vliv. Proto se někde zavádí úmyslně. Zapojují se antiparalelně křemíkové diody, nebo antisériově dvě stabilizační diody (pro dosažení širšího pásma), popřípadě jedinou stabilizační diodu zajišťující nesymetrické pásmo necitlivosti. Použití: pro číslicové obvody pro dosažení necitlivosti proti vstupnímu šumu. Antiparalelně křemíkové diody U 2 U 1 U 2 0 U 1 Antisériově stabilizační diody U 2 U 1 U 2 0 U 1 Jedné stabilizační diody U 2 U 1 U 2 0 U 1 4
3) Nelinearita typu vůle v převodech Vyskytuje se u ozubených převodů. Vstupní signál je úhel natočení primárního kola, výstupní signál je úhel natočení sekundárního kola. Čerchovaně je vyznačen průběh s nulovou vůlí, vůle v převodu je xv. Vůle v převodech může u servomotorů způsobit trvalé oscilace, jejich amplituda je určena velikostí vůle. y -xv/2 0 +xv/2 x 5
4) Nelinearita typu hystereze Vyskytuje se v mnoha případech. Velikost vstupní veličiny je určena dvojznačně, a to velikostí vstupní veličiny a smyslem její změny. Na rozdíl od vůle v převodech zde dochází k omezení (nasycení) velikosti výstupní veličiny. Čerchovaně je nekreslen průběh s nulovou hysterezí. Příklad: hysterezní křivka feromagnetického materiálu, hystereze se projevuje i u elektromagnetického relé. Všude tam, kde ja magnetický obvod. Elektromagnetické relé (stykač) - vstupní veličina je napětí budící cívky, výstupní veličina je napětí na sepnutých kontaktech relé. Relé spíná při horní spínací úrovni U H a vypíná při dolní spínací úrovni U D. Hystereze relé je dána rozdílem obou úrovní h = U H U D. h U2 h U2 h UH UD 0 UD UH U1 0 UD UH U1 UH UD h Hystereze určená rozdílem horní a dolní spínací úrovně je charakteristická i pro elektronické prahové spínače, z nich je nejpoužívanější Schmittův klopný obvod. Hystereze se úmyslně zavádí do obvodu impulsové regulace. Při spojité regulaci se projevuje negativně, podobně jako vůle v převodech může způsobit trvalé oscilace. 6