Интегратор

ОП ИСАНИЕ Союз СоветскикСоциалистическикРеспублик и 834715 К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУликовано 3 о делам нэобретен крмтии Дата опублико 2) Автор изобретения едотов 71 Заявитель) ИНТЕГРАТО зо И бретение относится к вычислительной и импульсной технике, предназначено для выполнения интегрирования и других линейных операций в аналоговых вычислительных машинах и может быть использовано в измерительной технике.Известны интеграторы, содержащие интегрирующую КС-цепь и инвертирующий усилитель, выход которого подключен к конденсатору, а вход - к точке соединения К и С. В таком устройстве выходное напряжение пропорционально интегралу входного. Наличие в интеграторе усилителя с коэффициентом усиления К позволяет уменьшить погрешность интегрирования приблизительно в К раз 1.Недостаток его заключается в относительно низкой точности интегрирования, ко торое выполняется с погрешностью от единиц процентов по десятых долей процента.Наиболее близким по технической сущности является интегратор, состоящий из дифференциального операционного усили. теля, инвертирующий вход которого подключен ко входу КС-цепи, а неинвертирующий заземлен через резистор. Выход усилителя подключен к другому выводу конденсатора,Параллельно конденсатору подсоединенэлектронный ключ, Источник входного сигнала 11 к,(1) подключается на вход интегратора со стороны резистора КС-цепи.На точность интегрирования оказываетвлияние нелинейность передаточной функции интегратора, которая определяется двумя факторами: напряжение на конденсаторепри его заряде через резистор изменяетсяпо экспоненте; а не по прямой; параллельно конденсатору подключено сопротивление ключа, наличие которого изменяет велину и форму передаточной функции, усугубляя ее нелинейность,Передаточная функция с учетом шунтирующего влияния сопротивления ключа Кописывается выражением, представленнымв виде разложения в ряд Маклорена7 Зкгде ф= (1+ К) КС,где к - коэффициент передачи.11 ервый член этого вырЬжения представляет собой идеально линейную прямую, авторой - параболическое отклонение отэтой прямой. Члены высших порядков весьма малы. Их влиянием пренебрегают 2).Формула изобретения 50 55 Недостаток такого интегратора заключается в том, что его параметры Т= (1+ 1 К)КС, Кограничивают точность интегрирования, а влияние параметра К принципиально не устранимо.Цель изобретения - повышение точности интегрирования за счет значительного ослабления влияния постоянной времени (за счет ее увеличения) и полного исключения влияния шунтирующего действия сопротивления ключа.Поставленная цель достигается тем, что в интегратор, содержащий последовательно соединенные первый масштабный резистор и интегрирующий конденсатор, включенные между входом и выходом интегратора, дифференциальный операционный усилитель, инвертирующий вход которого подключен к общему выводу первого масштабного резистора и интегрирующего конденсатора, а неинвертирующий вход через второй резистор подключен к шине нулевого потенциала, и ключ, ьход которого подключен к выходной обкладке интегрирующего конденсатора, введены усилитель тока и токовый повторитель, управляющий потенциальный вход которого подключен к выходу дифференциального операционного усилителя, а токовый вход соединен с общим выводом интегрирующего конденсатора и ключа, второй вывод которого подключен к шине нулевого потенциала, токовые выходы токового повторителя соединены со входами токового усилителя, выход которого подключен к инвертирующему входу дифференциального операционного усилителя.На чертеже схематически представлен интегратор.Первый масштабный резистор 1 соединен с интегрирующим конденсатором 2, инвертирующим входом дифференциального операционного усилителя 3 и выходом усилителя тока 4, Второй масштабный резистор 5 одним выводом подключен к неинвертирующему входу дифференциального операционного усилителя 3, другим - к шине нулевого потенциала. Выход дифференциального операционного усилителя 3 подсоединен к управляющему потенциальному входу токового повторителя 6, Токовый вход повторителя 6 подключен к интегрирующему конденсатору 2 и ключу , другой вывод которого соединен с шиной нулевого потенциала. Два токовых выхода повторителя 6 соединены со входами усилителя тока 4.Интегратор работает следующим образом.В исходном состоянии электронный ключ 7 открыт. Токовый вход повторителя 6 закорочен на шину нулевого потенциала. В таком режиме токовый повторитель 6 работает как усилитель напряжения с большим коэффициентом усиления. Схема интегратора в рассматриваемом состоянии представляет собой трехкаскадный усилитель, состоя 5 10 15 20 25 30 Э 5 40 45 щий из дифференциального операционного усилителя 3, токового повторителя 6 и усилителя тока 4, охваченного отрицательной обратной связью, т.е. выход усилителя тока 4 соединен с инвертирующим вХодом дифференциального операционного усилителя 3. Ток от источника сигнала (не показан) через резистор 1 замыкается на выход усилителя тока 4. Напряжение на инвертирующем входе усилителя 3, на электронном ключе 7 и на выходе усилителя тока 4 равно нулю. Вследствие этого напряжение между выводами конденсатора также равно нулю и он не может заряжаться. В заданный момент времени на вход ключа 7 приходит управляющий импульс. Ключ 7 переходит в непроводящее состояние. Коэффициент усиления напряжения токового повторителя 6 становится равным единице. Конденсатор 2 начинает заряжаться по цепи от источника сигнала через резистор 1 и токовый вход повторителя 6. Ток заряда конденсатора 2 повторяется в одном (в зависимости от полярности напряжения источника сигнала) из выходов токового повторителя 6 и поступает на вход усилителя тока 4 и усиливается в К 1 раз. Выходной ток усилителя тока 4 протекает через резистор 1. Таким образом, через резистор 1 протекает ток, равный сумме тока заряда конденсатора 2 6 и выходного тока усилителя 4 К;1, т.е.1, = (1+ К;). Постоянная времени увеличивается в (1+ К 1) раз. Заряд конденсатора 2 током 1 осуществляется до тех пор, пока ключ 7 находится в непроводящем состоянии. Выходное напряжение, пропорциональное интегралу входного, формируется в точке соединения конденсатора 2 с токовым входом повторителя 6 и ключом 7. Сопротивление ключа 7 не шунтирует конденсаторы и, следовательно, не изменяет постоянной времени, По истечении времени интегрирования Т ключ 7 переходит в проводящее состояние и происходит быстрый разряд конденсатора через открытый ключ 7 и выход усилителя тока 4,Предлагаемый интегратор отличается повышенной точностью интегрирования, которая достигнута за счет того, что в нем полностью устранено шунтирующее действие электронного ключа и в (1 + К ) раз увеличена постоянная времени цепи заряда кондейсатора. Интегратор, содержащий последовательно соединенные первый масштабный резистор и интегрирующий конденсатор, включенные между входом и выходом интегратора, дифференциальный операционный усилитель, инвертирующий вход которого подключен к общему выводу первого масштабного резистора и интегрирующего конденсатора, аСоставительТехред А. БойТираж 745осударственногоам изобретенийва, Ж - 35, Рауатент, г. Ужгор Редактор Н. ВезроднаиЗаказ 4077/76ВНИИПИпо дел113035, Мосфилиал ППП орректор Н. СтепПодписное ССР комитета С и открытий шскан наб., од, ул. Пр ектна.неинвертирующий вход через второй резистор подключен к шине нулевого потенциала, и ключ, вход которого подключен к выходной обкладке интегрирующего конденсатора, отличающийся тем, что, с целью повышения точности интегрирования, в него введены 5 усилитель тока и токовый повторитель, управляющий потенциальный вход которого подключен к выходу дифференциального операционного усилителя, а токовый вход соединен с общим выводом интегрирующего конденсатора и ключа, второй вывод которого 10 подключен к шине нулевого потенциала, токовые выходы токового повторителя соедииены со входами токового усилителя, выходкоторого подключен к инвертирующему входу дифференциального операционного усилителя,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1. Смолов В. Б. и др. Гибридные вычислительные устройства с дискретно управляемыми параметрами. Л, Машиностроение, 1977.2. Муттер В. М. и др. Проектирование аналого-цифровых систем на интегральных схемах. Л., Машиностроение, 1976, с. 114, (прототип).