Интегрирующее устройство

(54) ИНТЕГРИРУ 10 ШЕЕ УСТРОЙСТВО осится к аналоговым сред.вычислительной техникиьзовано в электронных мотвах и системах автоматннапример, движущимисяебуегся определить текущеекои функции по скоростинта, а в некоторых случаяхкотором находите значение.Известны интегрирующие устройства, содержащие два одинаковых интегрирующих конденсатора, один из которых включает в НСцепь решающего усилителя, в то время как другой1 с помощью дополнительно введенного сумматора разряжают до нуля или заряжают до граничного напряжения О. Каждый раз, когда выходной сигнал усилителя достигает любой из указанных границ (О или Ов ), конденсаторы меня 26 ют местами при помощи схемы управлйЬцинтегрирующего устройства, Тем самым обеспечивается скачкообразное изменение выходного сигнала интегрирующего устройства 1). ток можно устранитьго усложнения схного резистора иных резисторов,пнтелього то. от оединел а, а Изобретение отнствам автоматики ин может быть исполделирующих устройсческого управления,объектами, когда трзначение периодичесизменения ее аргумеи номер периода, вэтого аргумента. Основными недостатками таких устройств являются уменъшение возможного масппаба выходного сигнала, сложность схемы управления а,также необходимость в двух прецизионных конденсаторах, что увеличивает вес и габариты устройства. Кроме того, различие.в фактических отклонениях емкостей двух конденсаторов от номинала может вызвать дополнительные погреш. ности интегрирования, поскольку этн отклонения не могут быть скомпенсированы подстройкой сопротивления резистора ВС.цепи; этот недосталишь за счет еще больщеемы - введения второго вход.элементов переключения входНаиболее близким по технической с к предложенному изобретению является рируюшее устройство, содержащее пако ный конденсатор, формирователь заряди ка, вход и выход которого являются со ственно входом и выходом устройства, уровневый компаратор, вход которого с выходом формирователя зарядного товыходом и входом усилителя, т,е. является его цепью обратной связи.Интегратор работает следующим образом.Цепи установки начального значения интеграла х 0, которое не должно выходить за пределы полупериодов + (илн 1 я (1 + Ь), гдеб (С 1, обеспечивают необходимый заряд конденсатора 6 в любом из двух состояний блока 11. С момента отключения цепей установки хе начинается процесс интегрирования скорости изменения аргумента - величины х(т), представ.ленной сигналом ц , подаваемым на вход 2 формирователя 1 зарядного тока и выходного сигнала. Когда значение интеграла х"(т) достигает значения +а или - и, уровень сигнала на вы. ходе 3 формирователя 0 сравнивается с одним из уровней срабатывания двухуровневого компаратора 8, устанавливаемых опорными напряжениями +00, и с соответствующего выхода компаратора через элемент ИЛИ 9 на триггер 10поступит дискретный сигнал, от которого триггер изменит свое состояние и переключит блок 11, Обкладка конденсатора 6, которая до этого соединялась с выводом 4 формирователя, отсоединится от него и соединится с выводом 5, а другая обкладка конденсатора, наоборот, отсоединится от вывода 5 и соединится с выводом 4 формирователя. В результате такого переключения величина х(т), представленная сигналом Ч снимаемым с выхода 3 формирователя, изменит свой знак, т.е. совершит скачок величи- ной 2 я. Если входной сигнал интегратора будет сохранять свой знак, то направление скачков останется тем же, а если изменится знак входного сигнала, то изменится и направление. следующего скачка.Описанные выше переключения должны производиться блоком 11 строго синхронно, чтобы не могли возникнуть даже кратковременные короткие замыкания между обкладками конденсатора и выводами 4 и 5 подключения формиро вателя 1.Если специально корригироватьабсолютное значение уровней срабатывания компаратора в сторону увеличения до т(18), то устойчивость работы (исключение возможности возникновения зуммерного режима) повысится, так как будет гарантировано, что при переключении блока 11 не возникнет состояния, при котором, за счет неточности элементов, сразу же появятся условия обратного переключения. Однако при таком: корригировании величина скачка со. ставит 2 л(1 + Б), т.е. не будет равна периоду, а превысит его, что недопустимоВведение включенного между выводами 4 и 5 формирователя 1 дополнительного непереключаемого конденсатора 12, емкость которого во много раз мень.ше емкости основного конденсатора 6, приведет 3, ЕО 5 О 4йоды подключены ко входам реверсивного счетчика. 21Недостатком этого устройства является так.же заниженный масштаб выходного сигнала ивследствие этого недостаточно высокая точность,Кроме того, необходимость применения токоограничивающих резисторов приводит к снижениюбыстродействия.Цель изобретения - повышение быстродействия и точности работы устройства. ОПоставленная цель достигается тем, что устчроиство содержит последовательно включенныеэлемент ИЛИ, подсоединенный входами к соответствующим выходам двухуровневого компаратора, триггер со счетным входом и блок переключения, коммутационные выводы которого подключены соответственно к накопительно.:му конденсатору и к токовым выводам формирователя зарядного тока, подсоединенным к до.полнительному непереключаемому режимному 20конденсатору,На фиг. 1 представлена блок-схема интегрирующего устройства; на фиг; 2 - 6 показаны варианты исполнения формирователей (цепей илнустройств) зарядного тока и выходного сигнала.Устройство содержит формирователь 1 заряд.:ного тока и выходного сигнала со входом 2,выходом 3 и токовыми выводами 4 и 5, накопительный конденсатор 6,.узел управления 7, . ЗО;включающий двухуровневый компаратор 8 с раз-дельными выходами, элемент ИЛИ 9, триггер10 со счетным входом и блок 11 переключения.Интегрирующее устройство может быть дополнено непереключаемым конденсатором 12, и в.этом случае вводится токоограничивающий ре,зистор 13, а также реверсивным двухстороннимсчетчиком 14Формирователь 1 зарядного тока и выход 40ного сйгнала в простейшем виде (фиг, 2) пред.ставляет собой пассивную це 1 ь, содержащую,только входной резистрр 15 ВС-цепи, выходнойсигнал при этом снимается непосредственно снакопительного конденсатора. Такой формирователь может быль прйменен лишь в тех случаях,45когда уровни входного сигнала во много разбольше уровней выходного сигнала и требованияк точности низкие, Точность работы формирователяможет быть несколько повышена введени 50ем перед его выходом буферного каскада -разделительного, или масштабного усилителя 16(фиг. 3). Существенное повышение точности дает замена входного резистора на генератор илиусилитель тока(фиг. 4 и 5). Наиболее совершенным формирователем, обеспечивающим высо55кую точность, является операционный усилитель18 со входным резистором 15 (фиг, 6), заряд.вая цепь этого формирователя заключена между690504 6вычисляемого аргумента периодической функции.Это расширяет функциональные возможностиинтегратора. В таком исполнении его можно ис.пользовать в комбинированных (гибридных)вычислительных устройствах, в которых применяется смешанное цифроаналоговое представление переменных, поскольку аналоговая частьтакого представления является периодическойфункцией представляемой величины.1 О . Эффективность изобретейия состоит в том,что предложенный интегратор позволяет производить неограниченное во времени интегрирова.ние и одновременно получать наибольший извозможных масштаб выходного сигнала.Кроме того, гарантируется устойчивость ра.боты интегратора без ухудшения точности, а также расширяются его функциональные;возможности. 20 Формула изобретения к частичному уменьшению абсолютного значениянапряжения между точками 3 и 4 формирователя 1 при переключении основного конденсатора, Это позволит уменьшить величину скачка исделать ее равной 2 г, если абсолютное значениевыходного сигнала после скачка составитя(1 - 6), для чего дополнительный конденсатор12 должен иметь емкостьСд= Ь С(1)где Со - емкость основного конденсатора 6.Отметим, что некоторое увеличение диапазонаотрабатываемых интегратором сигналов до+гг(1 + Ь) может быть полезным и с точки зрения установки начального значения интеграла,поскольку источники соответствующих сигна.лов также могут выдавать их в диапазоне, нес 1колько превышающем точное значение одногопериода.Следует учитывать, что в расчетную величи.ну постоянной времени ВС-цепи интегратора,связывающую масштабы сигналов на его входеи выходе, должна входить емкость С параллельного соединения конденсаторов, т,е. значениеС = С (1+ 6) (2)Требования к точности работы дополнительногоконденсатора 12, ввиду малого влияния согласно формуле (2), могут быть значительно снижены по сравнению с требованиями к основномуконденсатору 6. Вес и габариты дополнительноЗгго конденсатора также во много раз меньше,чем основного,Поскольку введение непереключаемого конденсатора 12 вызывает при переключениях ска.чок напряжения не только на этом конденсаторе, но и небольшой скачок на основном концен- З 5саторе, в цепь последнего следует ввести токо,ограничивающий резистор 13, Однако величинаего сопротивления в этом случае может быть взята во много раз меньшей, чем в интеграторах,40работающих с полной разрядкой интегрирующего конденсатора. Поэтому отмеченное ранее отрицательное последствие от введения токоогра.ничивающего резистора окажется не существенным.45Если в интегратор ввести реверсивнын двух.сторонний счетчик 14, на входы прибавленияивычитания которого будут поступать дискретныесигналы с обоих выходов двухуровневого компаратора З,то такой счетчик будет подсчитыватьномер М периода, в котором находится значение,50 Интегрирующее устройство, содержащее на.копительный конденсатор, формирователь зарядного тока, вход и выход которого являютсясоответственно входом и выходом устройства,и двухуровневый компаратор, вход которогосоединен с выходом формирователя зарядноготока, а выходы подключены ко входам ревер.сивного счетчика, о т л и ч а ю щ е е с я тем,что, с целью повышения быстродействия и точ.ности работы устройства, оно содержит последовательно включенные элемент ИЛИ, подсоединенный входами к соответствующим выходамдвухуровневого компаратора, триггер со счетным входом и блок переключения, коммутаци.онные выводы которого подключены соответственно к накопительному конденсатору и к то-,ковым выводам формирователя зарядного тока,подсоединенным к дополнительному непереключаемому режимному конденсатору,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Авторское свидетельство СССР Кф 308436,кл. 6 06 6 7/18, 1972.2. Коган Б. Я. Электронные моделирующиеустройства и их применение для исследованиясистем автоматического регулирования, И.,Физматгиз, 1959, с, 77, рис. 30 б (прототип).