CS205219B1 - Connexion of analogue integrator with switchable time constant - Google Patents

Description

Vynález se týká zapojení analogového integrátoru s přepínatelnou časovou konstantou, opatřené vstupem a výstupem, obsahující operační zesilovač opatřený invertujícím a neinvertu jícím vstupem a výstupem, alespoň dva spínače, z nichž každý je opatřen řídicím vstupem, řídicí obvod spínačů opatřený výstupy, které jsou připojeny k jim příslušným řídicím vstupům jednotlivých spínačů, první vstupní odpor, alespoň dva zpětnovazební odpory, společný vodič a sčítaci analogový integrátor opatřený alespoň dvěma vstupy a výstupem, když k invertujícímu vstupu operačního zesilovače je připojen jednak jeden konec prvního vstupního odporu, jednak přes paralelní kombinaci sériových zapojení zpětnovazebního odporu a spínače výstup operačního zesilovače, přičemž neinvertující vstup operačního zesilovače je připojen ke společnému vodiči.

V některých elektronických zařízeních, jako jsou například měřicí ústředny, elektronické měřicí přístroje, některá zařízení automatizační techniky, případně v chemické instrumentaci, se vyskytují analogové integrátory, jejichž časovou konstantu je nutno dálkově, případně automaticky přepínat, přičemž časovou konstantu integrátoru je nutno přepínat přesně a spolehlivě.

Je známo několik typů řešení přepínání velikosti časové konstanty analogového integrátoru. Jedním z nich je přepínání velikosti časové konstanty analogového integrátoru, obsahujícího zpravidla operační zesilovač, prostřednictvím přepínání integračních kondensátorů integrátoru pomocí mechanického přepínače. Toto řešení však není pro dálkové ovládáni analogového integrátoru vhodné, zejména pro jeho značnou citlivost na poruchové vlivy, vyskytující se v přenosové cestě mezi ovládacím a ovládaným místem. Pro automatické ovládání analogového integrátoru nelze tento způsob vůbec použít. Poněkud vhodnějším k těmto účelům je druhý typ řešení, který spočívá v přepínáni integračních kondenzátorů analogového inte205219 grátoru pomocí relé. Toto řešení však zpravidla vykazuje poměrně značnou mechanickou nespolehlivost a pomalost přepínání a v některých aplikacích je na závadu, tak jako je tomu i v případě přepínání integračních kondenzátorů pomocí mechanického přepínače, odskakovéní kontaktů při spínání.

Z těchto případně i jiných důvodů se v poslední době pro délkové i automatické přepínání velikosti časové konstanty analogového integrátoru používá elektronických bezkontaktních spínačů, osazených zpravidla polovodičovými obvodovými prvky. Všechna, v současné době známá zapojení analogových integrátorů s přepínatelnou časovou konstantou; vycházejí z přímé náhrady mechanického, případně elektromechanického přepínače přepínačem elektronickým, vesměs osazeným polovodičovými spínacími prvky, přičemž vlastní zapojení analogového integrátoru, to je operační zesilovač, do jehož zpětnovazební smyčky se pomocí přepínače jednotlivě nebo po sekcích připojuje soubor integračních kondenzátorů, zůstává v podstatě nezměněn, včetně ostatních obvodů integrátoru.

Společnou nevýhodou zmíněných analogových integrátorů, jejichž časová konstanta je přepínána pomocí elektronických spínačů, je, že se u nich v plné míře projevují nepříznivé reálné vlastnosti polovodičového spínače, předevěím odpor spínače v sepnutém stavu a závislost tohoto odporu na okolní teplotě a na přiloženém napětí. Vzhledem k zapojení těchto analogových integrátorů je nutno odpor spínače považovat za součást zpětnovazební sítě analogového integrátoru, oož vede k nepřesnosti a nestabilitě nastavené časové konstanty integrátoru.

Tyto nevýhody do značné míry odstraňuje zapojení analogového integrátoru s přepínatelnou časovou konstantou podle vynálezu, jehož podstatou je, že vstupy sčítaoího analogového integrátoru jsou jednotlivě připojeny do míst mezi zpětnovazebními odpory a spínači sériových kombinací zpětnovazebních odporů, přičemž druhý konec prvního vstupního odporu je připojen ke vstupu zapojení a výstup sčítaciho analogového integrátoru k výstupu zapojeni.

Výhodou zapojení analogového integrátoru s přepínatelnou časovou konstantou podle vynálezu je, že se v něm neuplatňuji nepříznivé reálné vlastnosti polovodičových spínačů v sepnutém stavu, neboí zmíněné sepnuté spínače jsou prakticky součástí přímé větve zpětnovazební smyčky operačního zesilovače a velké zesílení tohoto operačního zesilovače potlačuje vliv napětového ofsetu, časové a teplotní nestability a nelinearity konečné hodnoty odporu polovodičových spínačů v sepnutém stavu na zanedbatelnou míru.

Zapojení analogového integrátoru s přepínatelnou časovou konstantou podle vynálezu je znázorněno na výkrese.

Zapojení analogového integrátoru podle vynálezu je opatřeno vstupem J., výstupem 2 a obsahuje operační zesilovač 2· Zapojení analogového integrátoru dále obsahuje alespoň dva spínače z nichž každý je opatřen řídicím vstupem 2 a řídicí obvod 6 spínačů opatřený výstupy 2, které jsou připojeny k jim příslušným řídicím vstupům 2 jednotlivých spínačů £. Zapojení analogového integrátoru podle vynálezu rovněž obsahuje první vstupní odpor 8, alespoň dva zpětnovazební odpory 2, společný vodič 10 a sčítací analogový integrátor 11. opatřený alespoň dvěma vstupy 12. přičemž jeho výstup tvoří současně výstup 2 analogového integrátoru. Sčítací analogový integrátor 11 může být běžného zapojení a může například obsahovat druhý operační zesilovač 13. k jehož invertujíoímu vstupu jsou připojeny jednak přes druhé vstupní odpory 14 jednotlivé vstupy 12 sčítaciho analogového integrátoru 11 . jednak přes integrační kondenzátbr 15 výstup druhého operačního zesilovače 13 i přičemž neinvertujioí vstup druhého operačního zesilovače 13 je připojen ke společnému vodiči 10 a výstup druhého operačního zesilovače 13 k výstupu sčítaoího analogového integrátoru 11.

K invertujíoímu vstupu prvního operačního zesilovače 2 je připojen jednak jeden konec prvního vstupního odporu 8, jednak přes paralelní kombinací sériových zapojení zpětnovazebního odporu 2. ^a spínače 4 výstup prvního operačního zesilovače 2· Neinvertujicí vstup prv3 ního operačního zesilovače 2 3® připojen ke společnému vodiči 10. Vstupy 12 sčítaoího analogového integrátoru JJ. jsou jednotlivě připojeny do společných bodů zpětnovazebních odporů 2 a spínačů J sériových kombinací zpětnovazebních odporů 2 a spínačů J. Druhý konec prvního vstupního odporu 8 je připojen ke vstupu J. zapojeni a výstup sčítacího analogového integrátoru 11 tvoří zároveň výstup 2 zapojení.

Pro zapojení analogového integrátoru podle vynélezu je charakteristické, že při jeho provozu je sepnut vždy pouze jediný spínač £ neznázorněným signálem z řídicího obvodu 6 spínačů přivedeným na jeho řídicí vstup 2, kdežto všechny ostatní spínače £ jsou rozpojeny.

V případě, že je sepnut n-tý spínač J, kde n značí pořadové číslo spínače J, a ostatní spínače 4 jsou rozpojeny, chová se zapojení jako invertující zesilovač, za který je v kaskádě zapojen analogový integrátor a jeho výstupní napětí je t

^u2 ⁼ V ; ^u’ ^dt> o kde uj značí okamžitou hodnotu vstupního napětí, u₂ okamžitou hodnotu výstupního napětí, t čas a hodnotu časové konstanty zapojeni analogového integrátoru podle vynálezu, pro kterou platí

Γ = R₁CP_3n/R_2n, kde R₁ značí hodnotu prvního vstupního odporu 8, C kapacitu integračního kondenzátoru 15.

R2n hodnotu n-tého zpětnovazebního odporu 2 ^a ^3n hodnotu n-tého druhého vstupního odporu 14, přičemž n značí pořadové číslo zpětnovazebního a druhého vstupního odporu 14 a odpovídá pořadovému číslu sepnutého spínače J.

Z uvedených vztahů je zřejmé, že časová konstanta zapojení analogového integrátoru podle vynálezu může být nastavena pro sepnutý n-tý spínač 4 vhodnou volbou poměru hodnot ^R3n/^R2n n-tého druhého vstupního odporu 14 a odpovídajícího n-tého zpětnovazebního odporu 2· Poněvadž invertující vstup prvního operačního zesilovače J je v důsledku záporné zpětné vazby na nulovém potenciálu, nemají ostatní zpětnovazební odpory 2 ^a ostatní druhé vstupní odpory 14 sčítacího analogového integrátoru 11 vliv na celkovou činnost analogového integrátoru.

Zapojení analogového integrátoru s přepínatelnou časovou konstantou podle vynálezu lze s výhodou aplikovat zejména v zařízeních s automatickou, případně dálkovou volbou velikosti časové konstanty integrátoru a všude tam, kde je třeba časovou konstantu integrátoru přesně, rychle a spolehlivě přepínat.

Claims (1)

1. PŘEDMĚT VYNÁLEZU

   Zapojení analogového integrátoru s přepínatelnou časovou konstantou opatřené vstupem a výstupem, obsahující operační zesilovač opatřený invertujícím a neinvertujicím vstupem a výstupem, alespoň dva spínače, z nichž každý je opatřen řídicím vstupem, řídicí obvod spínačů opatřený výstupy, které jsou připojeny k jim příslušným řídicím vstupům jednotlivých spínačů, první vstupní odpor, alespoň dva zpětnovazební odpory, společný vodič a sčítaoí analogový integrátor opatřený alespoň dvěma vstupy a výstupem, když k invertujícímu vstupu operačního zesilovače je připojen jednak jeden konec prvního vstupního odporu, jednak přes paralelní kombinaci sériových zapojení zpětnovazebního odporu a spínače výstup operačního zesilovače, přičemž neinvertující vstup operačního zesilovače je připojen ke spo léčnému vodiči, vyznačujíoí se tím, že vstupy (12) sčítacího analogového integrátoru (11) jsou jednotlivě připojeny do společných bodů zpětnovazebních odporů (9) a spínačů (4) sériových kombinací zpětnovazebních odporů (9) a spínačů (4), přičemž druhý konec prvního vstupního odporu (8) je připojen ke vstupu (1) zapojeni a výstup sčítacího analogového integrátoru (11) tvoří zároveň výstup (2) zapojení.