Интегратор

(50 ГО ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНН АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ сов, первый мостовой ключ с первым накопительным конденсатором в диаоперационныи усилитель, мостовой ключ с вторым наконым конденсатором в диагонали, и вторую пары ключей, к обводам которых подключены тречетвертый накопительные коноры, две парыключей, между выводами которых включены он о тут (72 тел А ишьян и о перву щим в тии енсат бщими пятый ол му управл саторы, и ненную на элементах ной цели о реализации тегрирован ия, в и тр постах триггер Достижени ленемной спечено залгоритма т сленного интрапецийип дополнионденсаторовя по прав тем введения в прототльных накопительных и спаренных ключеи и благодаря осо бенностям связей между логическими элементами схемы управления и элентами схемы интегратора. 1 ил РСТ 8 ЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР М ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИИ(71) Минский радиотехнический инсти пенко(56) Марше Ж. Операционные усилителии их применение. Энергия, 974,с. 70.Авторское свидетельство СССР11 1144122, кл, С 06 С 7/12,С Об С 7/186, 1983(57) Изобретение относится к областиавтоматики и вычислительной техникии может найти применение в различныхустройствах в качестве базового узлапри построении, например, .электрических фильтров. Цель изобретения -повышение точности интегратора, Интегратор содержит генератор импуль 12511 ф члС 7/186шестои накопительные конден 12511Изобретецие относится к автоматике и вычислительной технике и может найти применение н различных устройствах н качестве бязанога узла при построении, например, электрических ФильтроваЦелью изобретения является повышение точности интегратора.На чертеже приведена схема интег 1 Оратора,Интегратор содержит генератор 1импульсов, первый мостовой ключ 2 спервым накопительным конденсатором 3в диагонали и ключами 4 - 7 в плечах,операционный усилитель 8, ключи 912, входящие н состав второго мостового ключа 13 с вторым накопительнымконденсатором 14 в диагонали, первуюи вторую пары ключей 15 и 16, к общим выводам которых подключены третий и четвертый накопительные конденсаторы соответственно 17 и 18,первые ключи 19 и 20 и вторые ключи21 и 22 соответственно пар ключей15 и 16, третью и четвертую парыключей 23, пятую и шестую пары ключей 24, между общими выводами которых включены пятый и шестой накопительные конденсаторы соответственно25 и 26, первые ключи 27, 27 ц281, 28 и вторые ключи 291, 29 и30, 30 соответственно пар ключей23 и 24; схему 31 управления интегратором с выходами 32 - Зб, выполненной на первом, втором и третьем триг- Згерах 37 - 39 и элементах И 40 - 42,соединенных по приведенной схеме;кроме того, интегратор имеет вход 43и выход 44.Интегратор работает следующим40образом,На вход 43 интегратора подаетсясигнал, подлежащий интегрированию,Схема 31 управления представляетсобой регистр сдвига на тактируемых45Фронтом триггерах 37,38 и 39, которые изменяют свое первоначальноесостояние при изменении переднегофронта тактового импульса, поступающего на их первые входы, в соответствии с уровнем потенциала, находящимся на их вторых входах. Пусть всетриггеры находятся в состоянии ОВ момент времени С=О первый импульсс выхода генераторатактовых импульсов поступает на первые входыпервого, второго и третьего триггеров 37 - 39. В это время сигнал "1" 12 2со второго выхода первого триггера 37 поступает ца его второй вход, в результате чего ло переднему фронту первого тактового импульса. триггер 37 переключается ц ця его первом выходе появляется высокий потенциал, который поступает на вход первого элемента И 40, Прц этом первый тактовый импульс с генератора 1 поступает ца другой вход элемента И 40, ца выходе которого формируется управляющий сигнал, В результате длительность импульсов ца выходе 32 схемы 31 управления равна длительности тактовых импульсов с выхода генератора 1 импульсов, а длительность импульсов на выходе 35 равна периоду импульсов 1 генератора.Таким образам, н момент с=.О импульс с выхода 32 схемы 31 управления поступает на ключи 4 и 7 мостового ключа 2, ключ 21 лары ключей 15, ключи 291, 29 пар ключей 23 и ключи 28 28 пар ключей 24, В этот же момент времени (г.=О) с выхода 35 схемы 31 управления подается сигнал на управляющие. входы ключей 9 и 12 мостового ключа 13, в результате чего последние открываются. При этом накопительцый конденсатор 3 заряжается до входного напряжения (напряжения на входе 43 в момент времени г.=О), т.е.У,(0)( - заряд.В тот же момент времени (С=О) накопительный конденсатор 14 и накопительный конденсатор 26 заряжаются до выходного напряжения (напряжения ца выходе 44 интегратора). Поэтому для этого момента времени можно записать зарядное уравнениеСО, (0) =С 10 (0)+СО (0), (2) гце О 1(0) - напряжение на входе43;17(0) - напряжение на выходеинтегратора.Однако, в силу того, что ключи 301, 30 пар ключей 24 в момент С=О закрыты, заряд, образующийся на конденсаторе 26, запоминается и це оказывает влияния ца выходной сигнал, В уравнение (2) це входит член О, так как конденсатор 17 в этот момент це заряжается (т,е. ега заряд равен12.51 10 В этот же момент времени происходит заряд третьего накопительного конденсатора 17 пары ключей 15 до 45 входного напряжения. При этом заряд конденсатора 17 равенЧсл= 1 цОднако в силу того, что ключ 21 в момент = закрыт заряд, образу ющийся на конденсаторе 17, запоминается и не оказывает влияния на выходное напряжение, как и заряд 1 (1)=сгб -С Цг(1), обРазовавшийсЯ на конДенсаторе 25, Поэтому для момента времени 55 С= справедливо следующее зарядное уравнение:Я(1) Я,(0) =Я,() . (4) 3нулю). Таким образом, для момента=0 остается справедливым уравнениес,ц,(о)=сц,(о),откуда напряжение на выходе 44 интегратора(0) = -ц,(0).СПолагая, что 2 С 5=С , получимц,(о) -ц,(о) - к(о) .1В следующий момент времени й=с приходом второго тактового импульса с выхода генератора 1 импульсовпервый триггер 37 вновь переключается в состояние "0", а второй триггер 38 переключается в,состояние"1", третий триггер 39 при этом остается в состоянии "0". Сигнал "1"с выхода триггера 38, который одновременно является и пятым выходом 36 20схемы 31 управления, поступает навход элемента И 41, на другой входкоторого поступает второй тактовыйимпульс с генератора 1, в результа-.те чего на выходе элемента И 41 25присутствует импульс, который включает ключи 5 и 6 мостового ключа 2,ключ 19, ключ 22, ключи 27 27и 30, 30 г, а с выхода 36 подаетсясигнал, по длительности равный периоду следования тактовых импульсовс генератора 1, в результате чеговключаются ключи 10 и 11 мостовогоключа 13.Накопительный конденсатор 3 пере- З 5заряжается до нового напряжения,присутствующего на входе 43 интегратора в момент времени =1. Зарядна конденсаторе 3 в этот момент равенао 112 4Знак "+" у слагаемого г (0) обусловсгблен инвертирующими свойствами парключей 24. В уравнение (4) не входитчлен (, так как конденсатор 18вчерез вторую пару ключей 16 не заряжается, т.е. он пока не вступал вработуИз выражения (4) выходное напря- .жение на выходе 44 для этого моментавремени составляетЦк Ц+ Цг(0)С СгбС 1 СОС учетом выражения (3) выражение (5)примет видц = - ц,+ ц,(о) (6)С Сгб СзСцС СнСчитая, что 2 С =С, и Сг =С, получимц,(1)=-ц(0)+-ц(1)=-У(0)+-У(1).1 11В следующий момент времени =2первый триггер 37 вновь оказываетсяв состоянии "1", второй триггер 38 -в состоянии 101, а третий триггер39 переходит в состояние "1". Поскольку выход триггера 39 соединенс одним из входов третьего элемента И 42, на другой вход которого поступает тактовый импульс с выходагенератора 1 импульсов, на выходеэлемента И 42 присутствует импульс.Таким образом, в момент времени 1=2управляющие импульсы присутствуютна первом 32, третьем 34 и четвертом35 выходах схемы 31 управления. Управляющие импульсы на выходах 32 и35 схемы 3 управления включают всеключи, которые были включены в момент времени =0. Б этот же моментвремени (й=2) импульсом с третьеговыхода 34 схемы 31 управления вклю.чается ключ 20 второй пары ключей16 и конденсатор 18 заряжается дозначения Я,(2)=с,ф.(2). С учетомзарядов с (1) и Цс (1), запомненных в предидущем интервале времени,зарядное уравнение примет видСц(2)+Спц ()+С, ц д(1) =Учитывая, что 2 С =2 С =2 С=см=С, =С , окончательнс с учетом (6)получимЦ (2)=-Ц(2) -ц(1)+-ц(1)+1 1+-Ц (0) =-У(0)+У()+-У(2),2 1 2 2Далее процесс повторяется, поэтому для и-го момента времени выходное напряжение составляет+7(п)+-У(п) .Полученное выражение (8) описывает известное правило трапеций для численного интегрирования, согласно которому приближенное значение интеграла получается в виде суммы площадей трапеций. и з о б р е т е и и я15 Формула1 20 Интегратор, содержащий первый и второй мостовые ключи, в одни диагокали которых включены соответственно первый и второй накопительные конденсаторы, а другие диагонали включены соответственно между входом интегратора и инвертирующим входом операционного усилителя и между инвертирующим входом операционного усилителя и выходом интеграто ра, первый и второй триггеры и первый и второй элементы И, одни входы которых объединены и подключены к выходу генератора импульсов, а другие входы подсоединены к первым выходам соответственно первого и второго триггеров, выход первого элемента И подключен к управляющим входам одной пары ключей противоположных плеч первого мостового ключа, неинвертирующий вход операционного усилителя подключен к шине нулевого потенциала, а его выход является выходом интегратора, о т л и ч а ю - щ и й с я тем, что, с целью повышения точности, он содержит третий, четвертый, пятый и шестой накопительные конденсаторы, первую, вторую, третью, четвертую, пятую и шестую пары последовательно соединенных ключей, третий триггер и третий элемент И, два входа которого подключены к выходам соответственно третьего триггера и генератора импульсов, первые входы всех триггеров о бъединены и соединены с выходом генератора импульсов, первые выходыпервого и второго триггеров подключены соответственно к вторым входамвторого и третьего триггеров, а второй выход первого триггера соединенсо своим вторым входом, третий ичетвертый накопительные конденсаторывключены между общими выводами ключей соответственно первой и второйпар и шиной нулевого потенциала,пятый накопительный конденсаторвключен между общими выводами ключей третьей и четвертой пар, а шес.той накопительный конденсатор - между общими выводами ключей пяток,ишестой пар, свободные информационные выводы первых ключей первой йвторой пар подключены к входу интегратора, а свободные информационныевыводы их вторых ключей и свободныеинформационные выводы вторых ключейтретьей и пятой пар соединены с инвертирующим входом операционногоусилителя, выход которого подключенк свободным информационным выводампервых ключей:четвертой, и шестойнар, свободные информационные выводы первых ключей третьей и пятойпар и вторых ключей четвертой ишестой пар соединены с шиной нулевого потенциала, управляющие входыдругой пары ключей противоположныхплеч первого мостового ключа, первого ключа первой пары, второгоключа второй пары, первых ключейтретьей и четвертой пар и вторыхключей пятой и шестой пар объединены и подключены к выходу второгоэлемента И, управляющие входы второго ключа первой пары, вторых ключейтретьей и четвертой пар и пЕрвыхключей пятой и шестой пар подсоединены к выходу первого элемента И,управляющий вход первого ключа вто"рой пары подключен к выходу третьегоэлемента И, управляющие вхоцы ключей противоположных плеч,.второго мостовсго ключа подключены попарно кпервым выходам соответственно первого и второго триггеров/47 Тираж 671 Подпи ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д, 4/