Интегратор с автоматической коррекцией нулевого уровня

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИН з(я 6 06 С 7/18,6 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕВАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(71) Ленинградский ордена Ленинэлектротехнический институтим. В.И.Ульянова (Ленина)(56) 1. Патент США к: 3667055,кл, 330-9, опублик. 1976. 2. Авторское свидетельство СССВ 811285, кл. С 06 С 7/18, 1978(54) (57) ИНТЕГРАТОР С АВТОМАТИЧЕСКОЙ КОРРЕКЦИЕЙ НУЛЕВОГО УРОВНЯ, содержащий первый дифференциальный опрационный усилитель, инвертирующийвход которого подключен к источникувходного тока, через первый замыкающий ключ соединен с шиной нулевогопотенциала и через интегрирующийконденсатор - с выходом первого дифференциального операционного усилителя,.являющегося выходом интегратора, неинвертирующий вход первогодифференциального операционногоусилителя через первый запоминающийконденсатор соединен с шиной нулевого потенциала и через второй замыкающий ключ подключен к выходу второго дифференциального операционногоусилителя, соединенного. через первыйразмыкающий ключ с его инвертирующим входом, третий замыкающий ключ,один вывод которого подключен к выходу первого дифференциального операционного усилителя, второй запоминающий конденсатор и второй размыкающий ключ, один вывод которого соединен с первой обкладкой второгозапоминающего конденсатора, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности интегрирования, в него введены третий размыкающий ключ и четвертый замыкающийключ, причем второй вывод второгоразмыкающего ключа соединен с вторым выводом третьего замыкающегоключа и с инвертирующим входом второго дифференциального операционного усилителя,неинвертирующий входкоторого подключен к второй обкладке второго запоминающего конденсатора и через третий размыкающийключ к шине нулевого потенциала, амежду шиной нулевого потенциалаи первой ббкладкой второго запоминающего конденсатора включен четвертый замыкающий ключ.Изобретение относится к электронйке и радиотехнике и может быть использовано в различных устройствах автоматики и измерительной техники.Известны интеграторы, построенные на основе усилителей с автоматической коррекцией нулевого уровня и состоящие из основного операционного усилителя (ОУ), охваченного емкостной обратной связью, дополнительного 1 О усилителя, вход которого подсоединен к выходу основного ОУ, запоминающего конденсатора и ключа, подключенного. к неинвертирующему входу основ ного ОУ. К инвертирующему входу основного ОУ подключены источник входного тока, интегрирующий конденсатор и входной ключ, второй вывод которого подключен к общей (нулевой) шине интегратора 1.20Известные интеграторы подобного типа позволяют повысить точность интегрирования входного воздействия за счет компенсации напряжения смещения (и его дрейфа) основного ОУ, однако напряжение смещения компенсируется неполностью, что обусловлено запоминанием напряжения смещения и на интегрирующем конденсаторе. Кроме тогоУ на интегрирующем кон денсаторе запоминается напряжение смещения дополнительного усилителя что также снижает точность интегрирования. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является интегратор с автоматической коррекцией нулевого уровня, содержащий первый и второй операционные усилители, интегрирующий конденсатор, первый 40 и второй запоминающие конденсаторы, причем инвертирующий вход первого ОУ подключен к источнику входного тока, через первый замыкающий ключ соединен с шиной нулевого потенциала и через интегрирующий конденсатор с выходом этого ОУ, выход второго ОУ через второй замыкающий ключ подключен к неинвертирующему входу первого ОУ, соединенному через пер- О вый запоминающий конденсатор с шиной нулевого потенциала, инвертирующий вход второго ОУ через первый размыкающий ключ соединен с его выходом и через второй запоминающий конденсатор подключен к общему выво ду последовательно соединенньм,третьего замыкающего и второго раэмыкающего ключей, включенных междувыходом первого ОУ и шиной нулевогопотенциала, вьмод первого ОУ являет-ся выходом устройства 123.Недостатком данного интегратора,является наличие динамической погрешности, возникающей в результатеразрыва петли отрицательной обратнойсвязи по постоянному току в режимезапоминания напряжения компенсации,что приводит к снижению точности инт":грирования,Цель изобретения - повышение точности интегрирования,Поставленная цель достигаетсятем, что в интегратор с автоматической коррекцией нулевого уровня, содержащий первый дифференциальныйоперационный усилитель, инвертирующий вход которого подключен к источнику входного тока, через первыйзамыкающий ключ соединен с шинойнулевого потенциала и через интегрирующий конденсатор - свыходомпервого дифференциального операционного усилителя, являющегося выходоминтегратора, неинвертирующий входпервого дифференциального операционного усилителя через первый запоминающий конденсатор соединен с шинойнулевого потенциала и через второйзамыкающий ключ подключен к выходувторого дифференциального операционного усилителя, соединенного черезпервый размыкающий ключ с его инвертирующим входом, третий замыкающий ключ, один вывод которого под. ключен к выходу первого дифференциального операционного усилителя, второй запоминающий конденсатор и второй размыкающий ключ, один выводкоторого соединен с первой обкладкойвторого эапоминакнцего конденсатора,введены третий размыкающий ключ ичетвертый замыкающий ключ, причем второй вывод второго размыкающегоключа соединен. с вторым выводомтретьего замыкающего ключа и с инвертирующим входом второго дифференциального операционного усилителя, неинвертирующий вход которого подключен к второй обкладке второго запоминакнцего конденсатора и черезтретий размыкающий ключ к шине нулевого потенциала, а между шиной нулевого потенциала и первой обкладкой второго .запоминающего конденсатора включен четвертый замыкающий клюс,На чертеже представлена функциональная схема предлагаемого интегратора.Интегратор содержит источник входного тока, первый замыкающий ключ 2, первый запоминающий конденсатор 3, интегрирующий конденсатор 4, первый дифференциальный операционный усилитель ОУ 5, второй замыкающий ключ 6, первый размыкающий ключ 7, второй дифференциальный операционный усилитель ОУ 8, третий замыкающий ключ 9, второй и третий размыкающие ключи 10 и 11, второй запоминающий конденсатор 12 и четвертый замыкающий ключ 13. Между инвертирующим входом ОУ 5 и шиной нулевого потенциала включены источники 1 входного тока и ключ 2, а 1 между неинвертирующим входом ОУ 5 и шиной нулевого потенциала в . первый запоминающий конденсатор 3, ин" тегрирующий конденсатор 4 включен между выходом ОУ 5 и его инвертирующим входом, ключ 6 включен между выходом ОУ 8 и неинвертирующим входом ОУ 5, ключ 7 включен между выходом ОУ 5 и его инвертирующим входом, инвертирующий вход ОУ 5 через ключ .9 соединен с выходом ОУ 5, а через ключ 10 - с первой обкладкой второго запоминающего конденсатора 12; вторая обкладка конденсатора 12 соединена с неинвертирующим входом ОУ 8, первая и вторая обкладки конденсатора 12 через.ключи 13 и .11 соответственно соединены с шиной йулевого потенциала, выход ОУ 5 является выходом устройства, В качестве ОУ 5 и 8 могут быть использованы ОУ широкого применения с малой величиной входного тока и большим значением коэффициента подавления синфаэного сигнала. Таким требованиям удовлетворяет ОУ типа 140 УД 8 А. В качестве ключей 2, 6, 7, 9, 10, 11 и 13 могут быть использованы две микросхемы К 590 КН 5, каждая из которых содержит четыре независимых КМОП ключа. Конденсаторы 3, 4 и 12 должны иметь минимальный ток утечки и малую постоянную времени поляризации. Конденсатор 4 должен быть с малым ТКЕ. Интегратор работает в двух режимах: режиме запоминания компенсирующего напряжения и в режиме интегрирования. В режиме запоминания компенсирующего напряжения ключ 2 эакорачивает инвертирующий вход ОУ 5 и темсамым обеспечивает обнуление конденсатора 4 и отключение источника 1входного тока Замкнутый в этом режиме ключ 6 обеспечивает подключение выхода ОУ 8 к конденсатору 3, а 10замкнутый ключ 9 - подключение выхода ОУ 5 к инвертирующему входуОУ 8. Ключи 7, 10 и 11 в этом режимеразомкнуты. В результате на конденсаторе 3 устанавливается компенсирующее напряжение (1 к), равноегде ео, ео- напряжение смещения ну 20ля ОУ 5 и 8 соответственно,К 4, К - коэффициент передачиОУ 5 и 8 соответствен.но,25 П, - напряжение на конденсаторе 12.На интегрирующем конденсаторе 4устанавливается напряжение (1)с),равноей 6 о, (%т ь 2)д. (2)41 2В режиме интегрирования ключи 2,6, 9 и 13 разомкнуты, а ключи 7, 10 и 11 замкнуты. В этом режиме (помимо интегрирования входного воздействия) осуществляется запоминание напряжения смещения нуля е ОУ 8 на конденсаторе 12.40юг -о 2 1 кдПри отсутствии входного воздействия выходное напряжение интегратора 450 щ в режиме интегрирования определяется следующим выражением:где Т - КС (К - выходное сопротивление источника 1 входноготока, С - величина емкости 55интегрирующего конденсатора)- время интегрирования.р условии, что Киэ (1), (2), (3) и (4) имеем1108471 Составитель С,БелТехред Л.Микеш орректор С,Шекмар едактор М.Пет аказ 5867/36 Подписитета СССРкрытийаб., д, 4(5 113035,Проектная,го Наличие у прототипа динамической 5 погрешности ограничивает область применения и точность работы интегра- тора. Погрешность коррекции нулевого уровня у базового объекта определяется в основном величинои Р ,ч Д) 10 Тираж 699ИПИ Государственного ко делам изобретений иМосква, Ж, Раушская филиал ППП "Патент",что приводит к необходимости вводить ручную установку нуля и требует периодической подстройкиЭкономические преимущества предлагаемого устройства заключаются в устранении настроечных операций при изготовлении устройства, а также в упрощении эксплуатации и повышении надежности работы вследствие отсутствия органов регулировки.