. Omezovače Čas ke studiu: 5 minut Cíl Po prostudování tohoto odstavce budete umět definovat pojmy: jednostranný, oboustranný, symetrický, nesymetrický omezovač popsat činnost omezovače amplitudy a strmosti samostatně změřit zadanou úlohu Výklad Omezovače patří mezi základní stavební prvky většiny regulačních obvodů. Nejčastěji se můžeme setkat se dvěma základními typy: omezovače amplitudy a omezovače strmosti signálu... Omezovače amplitudy Omezovače amplitudy se používají v regulačních obvodech například pro úpravu signálu na vstupu nebo výstupu regulátoru. Důsledkem je potom omezení regulované hodnoty (např. otáček, proudu, napětí na určitou mez. Činnost omezovače je jednoduše pochopitelná z obr., který znázorňuje časový průběh napětí při použití jednostranného (a a oboustranného (b omezovače. Obr. Činnost omezovače amplitudy V řídicích obvodech se nejčastěji používá zapojení, jehož blokové schéma a statická převodní charakteristika jsou na obr. 2.
Obr. 2 Oboustranný omezovač vedené zapojení se skládá z proporcionálního členu, v jehož zpětné vazbě jsou zapojeny dva komparátory. Komparátory porovnávají výstupní napětí P-členu s omezujícími napětími +om, -om. Pokud je výstupní napětí P-členu -om < o < +om, jsou obě diody D, D2 polarizovány závěrně, zpětná vazba je rozpojena a výstupní napětí není ovlivňováno. Když napětí o dosáhne hodnoty +om, komparátor K překlopí, dioda D se otevře a výstupní napětí P-členu je udržováno na konstantní hodnotě. Komparátor K nyní pracuje jako regulátor napětí na žádanou hodnotu +om. Obdobně pracuje omezovač,pokud napětí o < -om. Velikostí napětí +om, -om lze řídit hodnotu omezení výstupního signálu. Jedná se tedy o omezovač řízený. Pokud omezující napětí jsou v absolutní hodnotě stejná, mluvíme o symetrickém omezovači. V opačném případě o omezovači nesymetrickém. Místo P-členu je možno použít jakýkoli jiný regulátor (PI, PD, PID, přičemž funkce omezovače zůstane nezměněna. Sklon převodní charakteristiky (obr. 2 je dán zesílením příslušného regulátoru. Praktické zapojení regulátoru je na obr. 3. P-člen je tvořen operačním zesilovačem, komparátor K zesilovačem 2, komparátor K2 zesilovačem 3. Výstupní zesilovač 4 pracuje jako invertor. Jeho použití v daném zapojení je zvoleno proto, aby souhlasila fáze (resp. znaménka vstupního a výstupního signálu. 2
Obr. 3 Schéma zapojení oboustranného řízeného omezovače Zadání předloženého vzorku omezovače pomocí generátoru a osciloskopu ověřte jeho činnost 2 Změřte a graficky znázorněte statickou převodní charakteristiku omezovače pro dvě různá kladná a záporná omezující napětí 3 rčete orientačně mezní kmitočet použitého zapojení a zdůvodněte průběh výstupního signálu 3
.2. Omezovač strmosti signálu (rozběhový člen K vytvoření lineárně narůstajícího signálu s časem, jako odezvu na jednotkový skok, nebo k omezení strmosti nárustu signálu lze použít obvodu na obr. 4 Obr. 4 Princip činnosti rozběhového členu Obvod je tvořen komparátorem, omezovačem, integrátorem a zpětnou vazbou. Vstupní napětí -o určuje polaritu výstupního napětí komparátoru. Po omezení omezovačem je signál komparátoru integrován a jako zpětná vazba zaveden zpět na vstup komparátoru. 2 = max sign( Platí: = sign( 3 r r = sign( τ kde τ je časová konstanta integrátoru a r je řídicí napětí omezovače. Pro velké změny vstupního signálu (-o se obvod chová jako integrátor konstantní veličiny (r. Pro malé změny signálu ( a o se přibližně rovnají výstupní napětí komparátoru kmitá frekvencí stovek Hz až jednotek khz, takže pro výstupní napětí platí o =. Stabilitu obvodu zajišťuje integrátor s časovou konstantou τ. Parametry rozběhového členu je možno měnit referenčním napětím r řízeného omezovače. vedený obvod se chová jako nelineární dolnopropustný filtr, kde výstupní napětí může sledovat vstupní napětí maximálně s rychlostí danou rovnicí du dt 4 r τ
Obr. 5 Schéma zapojení rozběhového členu Zadání Změřte přechodovou charakteristiku rozběhového členu pro různé úrovně vstupních napěťových skoků 2 Měření opakujte pro různé časové konstanty 3 Naměřené výsledky graficky vyjádřete, proveďte jejich rozbor a uveďte možnost použití členu v regulačních obvodech 5