Интегратор с запоминанием

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИ ЕТЕЛЬСТВУ Союз Советских Социалистических Республик(22) Заявлено 160779(21) 2798267/18-24с присоединением заявки Ио(23) Приоритет Государственный комитет СССР по дедам изобретений и открытийОпубликовано 300681. Бюллетень ЙЯ 24 Дата опубликования описания 300681(71) Заявитель Ордена Ленина институт кибернетики АН Украинской ССР(54) ИНТЕГРАТОР С ЗАПОМИНАНИЕМ Изобретение относится к автомати- ке и вычислительной технике и может использоваться в различных моделирующих и управляющих устройствах для интегрирования и (или) запоминания аналоговых сигналов на больших интервалах времени. Такой интегратор . с запоминанием может использоваться в качестве, уст ройства запоминання управляющих воздействий, поступающих от ЭВМ к аналоговым исполнительным устройствам в системах автоматического управления различными объектами, в частности инерционными технологическими процессами в химической и других отраслях промышленности.Известны аналоговые интегрирующие и запоминающие устройства, использующие.в качестве накопительного элемента конденсатор, сохранение уровня напряжения на котором в режиме хранения (памяти) обеспечивается специальной схемой коррекции С 11 .Известна аналоговая схема с компенсацией дрейФа, в которой компенсация двухнаправленного дрейФа достигается значительным усложнением схемы, так как цепь компенса 2ции, по существу дублируется дляположительного и отрицательногодрейФа 21.Наиболее близким по техническойсущности к предлагаемому являетсяинтегратор с запоминанием, содержащий операционный усилитель с интегрирующим конденсатором в цепи отрицательной обратной связи, установ лены коммутирующие элементы, командные входы которых соединены с шиной управления режимом работы интегратора. К первому из коммутирующих элементов подсоединена об-, 15 щая точка элементов входной цепи(в данном слуЧае это параллельновключенные резистор и конденсатор),а ко второму подключен выход элемента цепи коррекции (два встреч но-параллельно включенных диода)Выход этого, элемента подключен квыходу генератора корректирующихимпульсов и к третьему коммутирующему элементу, выход которого соединен с шиной нулевогс потенциала,а командный вход подключен к выходу одновибратора, установленногона,выходе,компаратора. Один входкомпаратора соединен с выходом опе рационного усилителя, являющимся55 60 выходом устройства, а его другой вход подключен к выходу генератора пилообразного напряжения, соединенного также с одним из входов вспомогательного компаратора, другой вход которого соединен с шиной опор ного напряжения, а выход - со входол блокировки генератора корректирующих импульсов. Входы синхронизации генераторов соединены с выходом операционного усилителя (3.Это устройство достаточно сложно из-за наличия в цепи коррекции двух коммутирующих элементов, необходимости иметь разнополярный выход у генератора корректирующих импульсов и использования в каждом интеграторе своего генератора пилообразного напряжения и генератора корректирую щих илпульсов, так как они синхронизируются от выходного напряжения устройства. Это затрудняет использование устройства в блоках долговременных аналоговых запоминающих устройств с применением современных логических микросхем, которые в большинстве случаев являются однополярными. Кроме того, устройст во отличается повышенным потреблением,энергии в цепи коррекции, так как, с одной стороны, мощность гене ратора корректирующих импульсов должна быть достаточно большой для обеспечения требуемой коррекции(заряда конденсатора,в коротких промежутках времени), а, с другой стороны, выход этого генератора большую часть периода коррекции заземлен через коммутирующий элемент.Цель изобретения - упроцение устройства и снижение потребляемой энергии.Поставленная цель достигается тем, что в интегратор с запоминанием, содержащий операционный усилитель, вход которого через интегрируюций конденсатор подключен к его выходу, через последовательно соединенные первый коммутирующий элемент и входной импеданс соединен со входом интегратора и через последовательно соединенные второй коммутирующий элемент и ограничивающий элемент подключен к выходу компаратора и входу одновибратора, Управляющий вход первого коммутирую щего элемента подключен к входу управления режимом работы интегратора, генератор пилообразного напряжения и генератор корректирующих импульсов, введен элемент И, при.чем выход одновибратора соединен с управляющим входом второго коммутирующего элемента и первым входом элемента И, второй вход которого подключен к выходу генератора корректирующих импульсов, выходы элемента И и генератора пилообразного напряжения соединены соответст 5 О 15 20 25 30 35 40 45 50 венно с первым и вторым входамикомпаратора, третий вход которогоподключен к выходу операционногоусилителя, вход блокировки одновибратора подключен к входу управлениярежимом работы интегратора, а квходу синхронизации генераторапилообразного напряжения подключенвыход генератора корректирующих импульсов.На фиг.1 приведен интегратор,структурная схема, на фиг.2 - временная диаграмма,.поясняющая егоработу.Интегратор с запоминанием (фиг.1)содержит операционный усилитель 1с интегрируюцим конденсатором 2 вцепи отрицательной обратной связи.На входе операционного усилителя 1установлены коммутирующие элементы 3 и 4, к первому из которыхподключен входной импеданс 5 (этацепь может иметь несколько входов)а ко второму подсоединен выход ограничивающего элемента б цепи коррекции. Управляющий вход первогокоммутирующего элемента 3 подключенк входу 7 управления режимом работы интегратора, а второго 4 - квыходу одновибратора 8, соединенному также с однил из входов элемента И 9, другой вход которого соединен с выходом генератора корректируюцих импульсов 10. Вход ограничивающего элемента б цепи коррекции ивход одновибратора 8 подключены квыходу компаратора 11, одий входкоторого соединен с выходом интегратора, другой вход соединен с вы-,ходом генератора 12 пилообразногонапряжения, а третий . - с выходомэлемента И 9. Вход блокировки одновибратора 8 соединен с входом 7управления режимом работы интегратора, а вход синхронизации генератора12 пилообразного напряжения подключен к выходу генератора 10 корректи-рующих импульсов,Интегратор с запоминанием работает следующим образом.В исходном положении, соответствующем режиму интегрирования входных сигналов, коммутирующий элемент3 находится в замкнутом состоянии,а коммутирующий элемент 4 - в разомкнутом, так как одновибратор 8блокируется командным сигналом свхода 7 управления режимом работы интегратора. При этом устройство работает как обычный емкостный интегратор суммарного тока, поступающего на вход операционного усилителя 1 через входной импеданс 5. Заметим, что при подключении одного из входов этой цепи к выходу операционного усилителя 1, устройство реализует функции инерционного звена. Такое включение применяется при использовании предлагаемого интегратора в Функции аналогового запоминаюцего устройства и позволяет повысить его быстродействие в режиме записи входных сигналов.При подаче команды с входа 7 на.запоминание заинтегрированного (" записанного" ) напряжения коммутирующий элемент 3 размыкается, а одновибратор 8 деблокируется и периодически замыкает коммутирующий элемент 4, обеспечивая прохождение на вход операционного усилителя 1 корректирующих импульсов из цепи коррекции, включающей элементы б, 8 12. Формирование импульсов коррекции представлено на временной диаграмме (Фиг.2).Компаратор 11 сравнивает напряжение Он с выхода генератора пилообразного напряжения 12 и выходное напряжение интегратора О, (фиг.2 а). Последнее под действиел дрейфовых токов на входе операционного усилителя 1 может изменяться в ту или иную сторону от запоминаемого уровня, При этом изменяется момент времени с (Фиг,26) когда выполняется равенство О = О,и компаратор 11 изменяет свое состояние, запуская одновибратор 8, который выдает илпульс определенной длительности ь, (фиг 26). Этот импульс замыкает коммутирующий элемент 4, сое диняющий выход элемента б цепи коррекции со входом операционного усилителя 1, и одновременно разрешает проходить на выход элемента И 9 корректируюцим импульсам от генератора 10 (фиг.2 в) . Длительность импульса одновибратора выбрана равной или меньшей полупериода напряжения О , корректирующих импульсов с генератора 10 "оь 1 1 Л Тцр); Период напряжения Ог.н генератора 12 синхронизирован импульсами с генератора 10, т,е. выполняется Т п.Т , где п - число ступенчатой коррекции, определяющих точность поддерживания запоминаемого напрякения (обычно о=250-500, что соответствует погрешности 0,2-0,1). Поэтому при изменении момента появления импульса одновибратора (фиг.2 б) изменяется его взаимное расположение относительно импульсов генератора 10 и на выходе элемента И 9 возможны четыре различных .случая наложения импульсов од- новибратора 8 и генератора 10, по-. казанные на фиг.2 г.Импульсы с выхода элемента И 9 поступают на компаратор 11, например, на неинвертирующий вход его дифференциального усилителя с разнополярным выходом, на основе которого обычно выполняется компаратор, сравнивающий разнополярные входные сигналы. Таким образом, после изменения состояния компаратора вмомент с (фиг,2 д) из"+" в "-ф онможет снова вернуться в предшествующее состояние по команде импульсас выхода элемента,И 9. Различные случаи изменения напряжения на Выходе компаратора на интервале Тпоказаны на Фиг.2 д, а форма импульсов коррекции на входе операционного усилителя 1 (т,е. импульсов тока с выхода компаратора 11 через элемент б и замкнутый ключ 4) по-. казана на Фиг.2 е. Как видно в случаях 1 и 1 Н результирующая коррекция близка к нулю, в случае 11 импульс корректирующего тока отрицательный, а в случае 11 - положительный. Точка равновесия в случае 1 О 15 1 является неустойчивой, а в случае 1 Н - устончивой.Таким образом, благодаря включенигэ на входе компарагора элемента Р определяющего изменение взаимного расположения импульсов одновибра. тора и генартора корректирующих импульсов, более эффектно используются Функциональные и технические возможности колпаратора - он выполняет как функции элемента сравнения, так и формирователя импульсов коррекции требуемой полярности беэ усложнения схемы и при снижении потребляемой обцей энергии, так как отбор мощности компаратора производится в очень короткие промежутки времени (ьо) . Отметигл также, что импульсы на выходе одновибратора, генератора корректирующих импульсов и элемента И являются однополярными что упрощает реализацию этих элементов в предлагаемом устройстве в частности, для этого могут быть использованы современные интегральные микросхемы однополярной логики Блокировка одновибратора в режиме интегрирования входных сигналов устройства также позволяет упростить его, так как из схемы исключается один коммутирующий элемент, использовавшийся в известном устройстве.Синхронизация генератора пилообразного напряжения от генератора корректирующих импульсов позволяет испольэовать эти генераторы как общие элементы для нескольких интеграторов С,запоминанием, что также упрощает их реализацию.Предлагаемый интегратор с запоминанием используется в устройстве ввода данных анализаторов для обработки и запоминания хроматографических сигналов. Интегратор с запоминанием, содержащий операционный усилитель, вход которого через интегрирующий кон 20 25 ЗО 35 40 45 50 55 Формула изобретенияденсатор подключен к его выходу,через последовательно соединенныепервый коммутирующий элемент и входной импеданс соединен с входом интегратора и через последовательносоединенные второй коммутирующийэлемент и ограничивающий элементподключен к выходу компаратора ивходу одновибратера, управляющийвход первого коммутирующего элемента подключен к входу управления режимом работы интегратора, генераторпилообразного напряжения и генератор корректирующих импульсов, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что,сцелью упрощения интегратора и снижения потребляемой энергии, внего введен элемент И, причем выход одновибратора соединен с управляющим входом второго коммутирующего элемента и первым входом элемента И, второй вход которого подключен к выходу генератора корректирующих импульсов, выходы элементаИ и генератора пилообразного напряжения соединены соответственно спервым и вторым входами компараторатретий вход которого подключен квыходу операционного усилителя, входблокировки одновибратора подключенк входу управления режимом работыинтегратора, а к входу синхронизации генератора пилообразного напряжения подключен выход генераторакорректирующих импульсов.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССР15 В 424165, кл. 6 Об 6 7/18, 1972.2. Патент СИА Р 3784919,кл. 6 06 6 7/18, опублик. 1974.З.Патент Великобритании 91274191кл. 6 Об 6 7/18, опублик. 19 б 8/5 ВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Лу Раушская наб,О.д,4 иал ППП "Патент", Гужгород, ул.Проектная,Составитель С. Беланенко Техред М.Голинка. Корректор М. Иароши