Интегратор

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК А 1 5)4 С О ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ВТОРСКОМУ СВИ ИНТЕГРАТОР л, У 7отехнический инныхузла и Л.И) ончари детельств 6 С 7/12,яции.,тельство СССР 6 С 7/186, 19 ОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(57) Изобретение относится к ав матике и вычислительной технике может найти применение в различ устройствах в качестве базового при построении, например, элект ческих фильтров . Цель изобретен повышение точности интегрировани при изменении интегрируемой функ Интегратор содержит операционный усилитель 1, эарядно-разрядные1376107 ки 2-5, 11, 12, пары 6, 7 последовательно соединенных ключей, дополнительные ключи 8-10, генератор 13 импульсов, распределитель 14 импульсов,делитель 15 частоты, дифференцирующую КС-цепь 16, инвертор 17, элементИЛИ 18, элемент ИЛИ-НЕ 9, элементИ 20, разделительные диоды 21, 22,накопительные конденсаторы 23-30.Изобретение позволяет повысить точность процесса интегрирования при Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и можетнайти применение в различных устройствах в качестве базового узла припостроении, например, электрических 5Фильтров.Цель изобретения - повышение точности интегрирования при измененииинтегрируемой Функции.На Фиг.1 представлена схема интегратора; на Фиг,2 - временная диаграмма его работы.Интегратор (Фиг.1) содержит операционный усилитель 1, зарядно-разрядные ячейки 2-5, первую 6 и вторую7 пары последовательно соединенныхключей, три дополнительных ключа 8 -10, дополнительные эарядно-разрядныеячейки 11 и 12, генератор 13 импульсов, распределитель 14 импульсов, де Олитель 15 частоты (на триггерах),дифференцирующую КС-цепь 16 инвертор 7, элемент ИЛИ 18, элемент ИЛИНЕ 19, элемент И 20, разделительные.диоды 21 и 22, накопительные конденсаторы 23- 30.Каждая зарядно-разрядная ячейка3-5 и 11 и 12 содержит первый 31,второй 32, третий 33 и четвертый 34ключи, каждая пара 6 и 7.последовательно соединенных ключей состоит изключей 35 и 36.Распределитель 14 импульсов содержит триггеры 37 и 38 и элементы И 39 .и 40. 35Интегратор работает следующим образом,периодических режимах работы за счетустранения паразитных зарядов на накопительных конденсаторах 23, 24 зарядно-разрядных ячеек 2, 3, обусловленных билинейными свойствами последних. Введение дополнительных ключей8 - О зарядно-разрядных ячеек 11,2, накопительных конденсаторов 29,30 позволяет устранить влияние паразитных зарядов на всех накопительных конденсаторах. 2 ил,2На вход интегратора подается сигнал, подлежащий интегрированию. Распределитель 14 импульсов представляет из себя регистр сдвига на тактируемых фронтом триггерах 37 и 38, которые изменяют свое первоначальное состояние при изменении переднего фронта тактового импульса, поступающего на их первые входы в соответствии с уровнем потенциала, находящимся на их вторых входах. На выходах первого и второго элементов И 39 и 40, а также на выходахпервого 37 и второго 38 триггеров сформируются соответственно противофазные управляющие импульсы (Фиг. и 2) .Длительности импульсов на первом и втором выходах распределителя 14 равны длительности тактовых импульсов с выхода генератора 13 импульсов, а длительность импульсов на третьем и четвертом выходах равна периоду импульсов генератора 13 (Фиг.2).В момент й 0 тактовый импульс генератора 13 по переднему Фронту включает делитель 15 частоты, на выходе которого сформирован высокий уровень, длительность которого определяется коэффициентом деления делителя 15. Сигнал с выхода делителя 15 частоты поступает на вход дифференцирующей КС-цепи 16, которая формирует положительный импульс, по длительности не превосходящий длительность импульса с генератора 13 (фиг,2), который через разделительный диод 21 поступает на один из входов элемента= 0 снимается короткий управляющий импульс, поступающий на входы элемента ИЛИ-НЕ 19 на выходе кото 5 рого в этом режиме сигнал отсутствует. Выход элемента ИЛИ-НЕ 19 соединен с одним из входов элемента И 20 (фиг.1), на другой вход которого поступает сигнал с первого выхода рас- О пределителя 14, причем этот сигнал в момент й = 0 имеет высокий уровень. Таким образом, в момент= 0 на входы элемента И 20 поступают сигналыа на его выходе сигнал 5 отсутствует. ц,) Ьц (0)СясПолагая 2 С, = С 4, получим(2) Импульс с первого выхода распределителя 14 поступает на управляющиевходы ключей 31 и 32 ячейки 2, ключа34 ячейки 4, ключей 32 и 33 ячейки 5,а также ключей 33 и 34 ячейки 11,Импульс с выхода элемента ИЛИ 18включает дополнительные ключи 8-10.Ключи 35 и 36 в этот момент не включены, так как на выходе элементаИ 20 низкий уровень напряжения, Управляющие импульсы с выхода триггера38 включают ключи 3 и 32 ячейки 3и ключи 33 и 34 ячейки 12, Включениев момент с = 0 дополнительных ключей8 - 10 приводит к разряду накопительных конденсаторов 27, 28 и 25,а также конденсаторов 29 и 30. Таким образом, в момент 1 = 0 заряды 35на накопительных конденсаторах 27,28, 25, 29 и 30 равны нулю и готовык работе в соответствующем изменениивходной функции, не внося искаженийв выходные значения сигнала. 40Для этого момента времени (с=О)можно записать зарядное уравнениеСц,(0) = С+ц(0), (1)где ц,(0) - напряжение на входеинтегратора (при й=О); 45ц(0) - напряжение на выходеинтегратора;С , С- емкости конденсаторов23 и 24,В этот момент времени (г.=О) заряд, 50образовавшийся на конденсаторе 26,запоминается и не оказывает влиянияна выходной сигнал,На выходе интегратора в моментй=О будет напряжение 55(5) Заряд, образовавшийся на конденсаторах 25 и 27, запоминается до сле ц,(О) - ц, (О) .1(3)В следующий момент времени С=1 сприходом второго тактового импульсас выхода генератора 3 импульсов управляющий импульс на первом и четвертом выходах распределителя 14 отсутствует, а появляются импульсы навтором и третьем его выходах. Приэтом, на выходе дифференцирующей КСцепи 1 б сигнал отсутствует, на выходе элемента ИЛИ 18 сигнал нулевогоуровня, на выходе элемента ИЛИ-НЕ19 сигнал высокого уровня. Этот импульс поступает на первый вход третьего элемента И 20, на второй вход которого в этот момент времени импульсне поступает (фиг.1), т,е. на выходеэлемента И 20 нулевой уровень.Начиная с момента й = 1 и до момента окончания сигнала с выхода делителя 15 частоты, т.е, цо окончаниядлительности первого периода входнойпериодической функции, подлежащей интегрированию, на первый вход элемента И 20 всегда поступает импульс высокого уровня с выхода элемента ИЛИНЕ 19, тем самьм синхронизируя работу элемента И 20 с работой элементаИ 40. Таким образом, в момент =управляющие импульсы существуют навтором и третьем выходах распределителя 14. При этом включаются ключи33 и 34 ячеек 2 и 3, ключ 35 и ключ36 соответственно пары 6 и 7, ключи32 и 33 ячейки 5, ключи 31 и 32 ячеек 1 и 12,В этот момент времени заряды, накопленные в момент с=О в накопительных конденсаторах 23 и 24, полностьюразряжаются и готовы для работы вследующем такте. Это полностью устраняет билинейный эффект,Зарядное уравнение для этого момента времени следующее:Ц,(1)С + Ц (0)Сс = ц(1)Сзо (4)Учитывая,что ц (0)=ц,(0) - , и поСглагая, что Сэ= С = С,= /2 Ср1/2 С, = 1/2 С , выходно,. напряжение для момента С 1 имеет вид;(7) 30 35 дующего такта и для С 1 не оказываетвлияния.В момент времени С=2 управляющиеимпульсы вновь на первом и четвертомвыходах распределителя импульсов,При этом включаются ключи 31 и 32ячейки 2, ключи 31 и 32 ячейки 3,ключи 34 и 31 ячейки 4 и ключи 32 и33 ячейки 5, ключ 36 первой и ключ35 второй пар.Зарядное уравнение имеет вид: Ц(2) С гч+Ц,(1) С г, +ц,(1) Сгг =Ц г (2) С гл 6)Учитывая (5 1 и полагая,что С С, =2 С 2 С г, получим для выходного напряжения следующее выражение: Цг(2)щ - ц(2)+ - Ц(1)+ - Ц,(1) ++ - ц, (2)1 Для этого момента времени (й=2) происходит заполнение входного и выходного напряжений, существующих в момент й2 на накопительных конденсаторах 28 и 26 соответственно,Для момента й=3 характерен режим работы интегратора, рассмотренный в момент времени =1 (т.е., включаются ключи, которые включаются в момент1). При этом зарядное уравнение имеет вид: Ц,(3)Сгч+ Ц,(2)С гц+ Цг(2)Сгь =щ ц (3)С,. (8)Учитывая (7) и С г= С,= С г= 2 С =2 С, =2 С выходное напряжение имеет вид: ц (3)ц,(3)+ - ц, (2)+ -ц (2)+Сгч Сгв Сгч, СгьСзд Счо Су С о=- ц(0)+ц,(1)+Ц,(2)+- Ц(3).1 В момент й 3 происходит запоминание входного и выходного напряжений на накопительных конденсаторах 27 и 25 соответственно.Для следующего момента времени С4 характерен режим работы, рассмотренный в момент времени й=2, При этом зарядное уравнение имеет вид: Ц,(4)С + Цг(3)С+ Цу (3)С,= - Цг(4)Сг 4 (10) 15 20 25 40 45 50 55 6Учитывая (9), выходное напряжениедля этого момента времени имеет вид:цг (4) =-ц(0)+ц, (1)+ц, (2)+ц, (3) +12 ц,(4),1 ф о р м у л .а и з о б р. е т е н и я Интегратор, содержащий первую, вторую, третью и.четвертую зарядноразрядные ячейки, каждая из которых выполнена в виде последовательно соединенных первого ключа, накопительного конденсатора и второго ключа, к обкладкам накопительного конденсатора подключены первые информационные выводы третьего и четвертого ключей, а также первую и вторую пары последовательно соединенных ключей, общий вьг вод которых в каждой паре через соответствующий накопительный конденсатор соединен с шиной нулевого потенциала, свободный Информационный вывод первого ключа первой зарядно-разрядной ячейки и свободные информационные выводы первых ключей первой и второй пар соединены с входом интегратора,свободный информационный вывод второго ключа первой зарядно-разряднойячейки, свободные информационные выводы вторых ключей первой и второйпар, свободные информационные выводыпервых ключей второй, третьей и четвертой эарядно-разрядных ячеек соединены с инвертирующим входом операционного усилителя, выход которого,являющийся выходом интегратора, подключен к свободным информационныг выводам вторых ключей второй, третьейи четвертой зарядно-разрядных ячеек,вторые информационные выводы третьего и четвертого ключей третьей и четвертой зарядно-разрядных ячеек и неинвертирующий вход операционного усилителя подключены к шине нулевогопотенциала, генератор импульсов, выход которого соединен с входом распределителя импульсов, первый выход которого подключен к управляющим входам первого и второго ключей первойэарядно-разрядной ячейки четвертогоключа третьей и второго и третьегоключей четвертой зарядно-разрядныхячеек, второй выход распределителяимпульсов соединен с управляющими входами первого ключа первой и второгоключа второй пар ключей, с управляющими входами третьего и четвертого ключей первой, второго и третьего ключей третьей и первого и четвертого ключей четвертой зарядно-разрядных5 ячеек, третий выход распределителя импульсов соединен с управляющими входами третьего и четвертого ключей второй зарядно-разрядной ячейки, управляющие входы первого и второго ключей 1 О которой подключены к четвертому выходу распределителя импульсов,. о т - л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности интегрирования при изменении интегрируемой Функции, в него введены три донолнительных ключа, делитель. частоты, дифференцирующая КС-цепь, два разделительных диода, инвертор, элемент И, элемент ИЛИ, элемент ИЛИ-НЕ и две до О полнительные зарядно-разрядные ячейки, выполненные аналогично третьей и четвертой зарядно-разрядным ячейкам, причем свободные информационные выводы первых ключей первой и второй 25 дополнительных зарядно-разрядных ячеек подключены соответственно к входу интегратора и к входу операционного усилителя, свободные информационные выводы вторых ключей первой и второй дополнительных зарядно-разрядных ячеек соединены соответственно с входом и выходом операционного усилителя, первый и второй дополнительные ключи включены соответственно между общими информационными выводами ключей первой и второй пар и шиной нулевого потенциала, третий дополнительный ключ включен между общим информационным выводом первого и третьего ключей третьей зарядно-разрядной ячейкии шиной нулевого потенциала, выходгенератора импульсов через делительчастоты подключен к входу дифференцирующей КС-цепи, выход которой через первый разделительный диод соединен с первым входом и через последовательно соединенные второй разделительный диод и инвертор - свторым входом элемента ИЛИ, выходкоторого подключен к управляющим входам первого, второго и третьего дополнительных ключей, входы элементаИ подключены соответственно к первому выходу распределителя импульсови через элемент ИЛИ-НЕ - к выходуэлемента ИЛИ, а его выход соединенс управляющими входами первого ключа первой и второго ключа второй парключей и с управляющим входом первого ключа третьей зарядно-разряднойячейки,.управляющие входы первого ивторого, а также третьего и четвертого ключей первой дополнительной зарядно-разрядной ячейки соединены соответственно с вторым и первым выхо-,дами распределителя импульсов, управляющие входы первого и второго,а также третьего и четвертого ключейвторой дополнительной эарядно-разрядной ячейки соединены соответственно с третьим и четвертым выходамираспределителя импульсов, вторые инФормационные выводы третьего и четвертого ключей первой и второй зарядно-разрядных ячеек соединены с шинойнулевого потенциала.