Интегрозадающее устройство

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 801115 67 эш С 06 С 7/186 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ; К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(56) 1. Справочник по проектированию электропривода, силовых и осветительных установок. Под ред. Я.М.Большама и др. И., "Энергия", 1974, с. 270.2, Авторское свидетельство СССР В 894731, кл. С 06 С 7/186, 1981 (прототип) .(54)(57) ИНТЕГРОЗАДАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО, содержащее первый операционный усилитель, к инвертирующему входу которого подключены первая обкладка интегрирующего конденсатора и первый вывод первого масштабного резистора, второй масштабный резистор, первый вь 1 дод которого подключен к второй обкладке интегрирующего конденсатора и к выходу устройства, второй операционный усилитель и третий и четвертый масштабные резисторы, о т л и - ч а ю щ е е с я тем, что. с целью повышения стабильности и расширениядиапазона регулирования времени интегрирования, вторая обкладка интегрирующего конденсатора подключена к выходам первого и второго операционных усилителей соответственно через третий и четвертый масштабные резисторы, второй вывод второго масштабного резистора соединен с входом устройства, инвертирующий вход второго операционного усилителя подклю-чен к первому выводу первого Масштабного резистора, второй вывод которого соединен с шиной нулевого потенциала, а неинвертирующне входы первого и второго операционных усилите- а лей подключены к разнополярным источникам напряжения смещения.Фаей1115067 40Изобретение относится к аналого-.вым вычислительным машинам и можетбыть использовано в качестве командного устройства в автоматизированныхзлектроприводах.5Известноинтегрозадающее устройство, в которое входят два усилителяпостоянного тока, первый из них охвачен нелинейной обратной связью с узлам отсечки, а второй имеет парафаэный выход и охвачен гибкой обратнойсвязью 11.Однако зто устройство сложное,характеризуется неустойчивой величиной выходного напряжения, но основ 15ной недостаток - зависимость времени отработки задания от величинывходного напряжения,Наиболее близким к предлагаемомупо технической сущности является20интегроэадающее устройство, содержащее два усилителя постоянного тока, неинвертирующий вход первого изних через первый резистор соединенс входом устройства, а в цепи обратной связи второго усилителя включенконденсатор, Выход второго усилите,ля является выходом устройства, инвертирующий вход подключен к первомувыводу второго резистора и черезтретий резистор соединен с входомустройства, выход усилителя черезчетвертый резистор подключен к неинвертирующему входу первого усилителя. Выход первого усилителя черезраздеЛительный диод соединен с вторым З 5выводом второго резистора. Инвертирующий вход первого усилителя инеинвертирующий вход второго усилителя связаны с шиной нулевого потенциала 21.Недостатком известного устройстваявляется непостоянство величины выходного напряжения в статическом режиме,. так как первый усилитель, периогически переключаясь, ставит 45второй усилитель в режим непрерывного интегрирования.На выходе устройства появляетсяплавно изменяемое напряжение с огибающей, близкой к треугольной форме. 50Кроме того, длительность интегрирования зависит от величины входногонапряжения и не обеспечивается независимая регулировка скорости нарастания анода выходного напряжения. 55Цель изобретения - повышение стабильности и расширение диапазонарегулйрования времени интегрирования. 3Поставленная цель достигается тем, что в интегрозадающем устройстве, содержащем первый операционный усилитель, к инвертирующему входу которого подключены первая обкладка интегрирующего конденсатора и первый вывод первого масштабного резистора, второй масштабный резистор, первый вывод которого подключен к второй обкладке интегрирующего конденсатора и к выходу устройства, второй операционный усилитель и третий и четвертый масштабные резисторы, вторая обкладка интегрирующего конденсатора подключена к выходам первого и второго операционных усилителей соотответственно через третий и четвертый масштабные резисторы, второй вывод второго масштабного резистора соединен с входом устройства, инвертирующий вход второго операционного усилителя подключен к первому выводу первого масштабного резистора, второй вывод которого соединен с шиной нулевого потенциала, а неинвертирующие входы первого и второго операционных усилителей подключены к раэнополярным источникам напряжения смещения.На фиг. 1 представлена схема интегрозадающего устройства; на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие работу устройства.Устройство (фиг, 1) содержит два операционных усилителя 1 и 2, два раэнополярныхисточника 3 и 4 напряжения смещения, интегрирующий конденсатор 5, первый масштабный резистор 6, третий 7 и четвертый 8 масштабные резисторы; второй масштабный резистор 9.Неинвертирующие входы операционных усилителей 1 и 2 соединены соответственно с первым 3 и вторым 4 разнополярными источниками напряжения смещения.Инвертирующие входы операционных усилителей сединены с первой обкладкой интегрирующего конденсатора 5 и первым выводом масштабного резистора 6. Второй вывод резистора 6 соединен с шиной нулевого потенциала. К выходу операционного усилителя 1 подключен масштабный. резистор 7, а к выходу операционного усилителя 2 - масштабный резистор"8.Вторая обкладка интегркрующего конденсатора 5 и вторые выводы масштабных резисторов 7 и 8 и резисто(6) 3ра 9 являются выходом устройства. Второй вывод резистора 9 является входом устройства.На фиг. 2 приняты следующие обозначения:50 - входное напряжение устройстЬхва;П 1 - выходное напряжение усилителя 1;Б - выходное напряжение усилителя 2;У ц - выходное напряжение устройства;в .текущее время.Устройство работает следующим образом.В исходном состоянии усилитель 1 насыщен например, положительным потенциалом от источника 3 напряжения смещения, усилитель 2 - отрицательным потенциалом от источника 4 напряжения смещения (Фиг. 1). Оба усилителя находятся в режиме насыщения, на выходе усилителя 1 присутствует напряжение со знаком "+",на выходе усилителя 2 - со знаком "-". Предположим, что абсолютные величины этих напряжений равны между собой и примемгде К - сопротивление резистора 7;К - сопротивление резистора 8.Следовательно, потенциал средней точки 8 будет нулевым. 35Поскольку одна обкладка интегрирующего конденсатора 5 присоединена через резистор 6 к шине нулевого потенциала, напряжение на конденсаторе 5 равно нулю. Это состояние 40 устройства показано на участке времени О - С (Фиг. 2), При подаче на вход устройства в момент времени й сигнала положительной полярности, потенциал точки о изменяется и прикла цывается через конценсатор 5 к точке а - инвертирующим входам усилителей 1 и 2. Напряжение Ц на выходе усилите ля 1 скачком уменьшается н.компенсирует увеличение потенциала точки А Состояние усилителя 2 не изменяется, так как полярность сигнала на его инвертирующем входе совпадает с по лярностью насыщения.Зависимость изменения напряжения на конденсаторе 5 от времени и про 067 4 текающего через него тока выражается Формулой 1 П, =-ж, (2) где Бс - напряжение на конденсаторе;- ток, протекающий через конденсатор;С - емкость конденсатора.Ток заряда конденсатора равен0К(3) где Б - напряжение на инвертирующемвходе усилителя;Ка - входное сопротивление усилителя,Между входами идеального усилителя напряжение управления равно нулю (из-за бесконечно большого коэффициента. усиления). СледовательноЕ=П (4) где Е 5 - ЭЛС источника 3 напряжениясмещения.Подставив (3) и (4) в (2), полу- чим Постоянный член определяет начальное условие интегрирования, в нашем случае П,=О.Так как одна обкладка конденсатора 5 соединена с выходом устройства, а другая находится под потенциалом нулевой шины (напряжение управления равнонулю, а напряжение источника смещения из-за бесконечно большого коэффициента усиления весьма мало), мбжем написатьПс=Пбьь ф (7) Тогда выражение (6) можем переписатьЕз(8)Из этого выражения следует, что выходное напряжение изменяется по линейному закону, а время интегрирования й не зависит от входного напряжения Пх, а определяется величиной ЭДС источника смещения и параметрами элементов схемы. В момент времени с 2, когда конденсатор зарядится до напряжения"с-"ЦВх(9) К - коэффициент передачи, усилитель 1 переходит из активной области в область насыщения, т.е.5 1115067 в первоначальное состояние. Процесс д интегрирования прекращается. РВыражение (9) с учетом (7) запи- п шется ч1 Вь) 1Ъа(10)Для анализа схемы в статическом в режиме примем, что в области насыще- с ния падение напряжения на открытых и выходных каскадах усилителя равно н нулю. 1 О пТогда коэффициент передачи запи- с шется 15 К К 8К (11)Ке (Кт +Кв ) +КтКвс учетом допущения (1) выражение примет видК= ---К(12)2 Кз+КВыражение (10) перепишется с учетом (12) 20Квь 1 Б +К вх. (13)Следовательно, выходное напряжение пропорционально входному, а стабильность устройства определяется 25 только пассивными элементами схемы К, К 8 и К 9, которые при соответ ствующем выборе практически погрешность не вносят.При подаче на вход устройства в момент времени 1 з отрицательного напряжения состояние усилителя 1 не .изменяется, а усилитель 2 переходит в активную область работы.Выходное напряжение его П скачком увеличивается и изменяется таким образом, чтобы на выходе устройства генерировался линейно спадающий сигнал. Все изложенное остается в силе только во время интегрирования, в этом случае устанавливается ЭДС источника 4 смещения.В момент С усилитель 2 переходит в область насьпцения, т.е, в первоначальное состояние. Процесс интегрирования прекращается. Выходное напряжение определяется выражением (13).Устанавливая различные напряжения смещения на неинвертирующих входах усилителей, можно изменять в широком 50 диапазоне время интегрирования раздельно при увеличении и уменьшении входного напряжения, причем этот иапазон ограничивается только внут-,енними параметрами усилителей, наример дрейф нуля усилителя ограниивает верхний предел интегрирования,Полярность входного сигнала нелияет на работоспособность устройтва, так как выходное напряжениезменяется симметрично в обеих поляростях относительно шины нулевогоотенциала в соответствии с входным .игналом.1Все это значительно расширяетфункциональные возможности устройства.Из анализа работы вытекает следующее.Усилители участвуют в формировании выходного напряжения только вдинамическом режиме, т.е. в режимеинтегрирования . После окончанияпроцесса интегрирования усилителипереходят область насыщения и неучаствуют в работе, т;е. в формировании выходного сигнала. Следовательно, стабильность работы устройстваопределяется только пассивными элементами схемы и равна обычному резистивному делителю напряжения, астабильность последнего при применении прецизионных элементов весьмавысока и приближается к идеальному.Предлагаемое устройство можетбыть применено в автоматизированныхэлектроприводах химико-фотографической промышленности в качестве источника управляющего напряжения. Здесьособенно актуальна задача повышенияточности работы привода, котораяв конечном счете определяет качествовыпускаемых пленок,Применение интегрозадающего устройства в качестве командного блокав регулируемом тиристорном приводеделительно-упаковочного автоматаАЦУпозволяет исключить задатчикмеханического типа, требующий регулярного технического обслуживанияв процессе работы.За счет исключения этого временина обслуживание и оптимального подбора времени интегрирования при разгоне и торможении привода повышаетсяпроизводительность автомата на 107.,1115067 ЙЙ И 8,3 витель С.Белан Ж.Кастелевич Корректор В Гирн Сост ина ТехрРедактор А.Ши Тираж 698Государственногопо делам изобретеМосква, Ж, Раушс 11303 тент", г.ужгород, ул.Проектная,филиал ППП Заказ 6772/36ВНИИПИ Подписное митета СССР и открытий наб., д 4/