CS205219B1

CS205219B1 - Connexion of analogue integrator with switchable time constant

Info

Publication number: CS205219B1
Application number: CS249979A
Authority: CS
Inventors: Kamil Vrba
Original assignee: Kamil Vrba
Priority date: 1979-04-12
Filing date: 1979-04-12
Publication date: 1981-05-29

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.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The invention relates to a switchable time constant analog integrator having an input and an output, comprising an operational amplifier equipped with an inverting and non-inverting input and output, at least two switches each having a control input. their respective control inputs of the individual switches, the first input resistor, at least two feedback resistors, the common conductor and the summation analog integrator provided with at least two inputs and outputs when one end of the first input resistor is connected to the inverting input of the operational amplifier the feedback resistor and the switch output of the operational amplifier, wherein the non-inverting input of the operational amplifier is connected to a common conductor.

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.In some electronic devices, such as data loggers, electronic measuring instruments, some automation equipment or chemical instrumentation, there are analog integrators whose time constant must be remotely or automatically switched, while the time constant of the integrator must be switched accurately and reliably.

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.Several types of analog integrator time constant size switching solutions are known. One is to switch the size of the time constant of an analog integrator, typically comprising an operational amplifier, by switching the integrator integrator capacitors using a mechanical switch. However, this solution is not suitable for remote control of the analog integrator, in particular for its considerable sensitivity to disturbances occurring in the transmission path between the control and the control site. This method cannot be used for automatic control of the analog integrator. Somewhat more suitable for this purpose is the second type of solution, which consists in switching the integrator capacitors of the analog inte205219 gractor by means of a relay. However, this solution usually exhibits a relatively high mechanical unreliability and slow switching and in some applications it is a malfunction, as is the case with the switching of integrating capacitors by means of a mechanical switch, the switching off of contacts during switching.

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.For these and other reasons, electronic contactless switches, usually equipped with semiconductor circuit elements, have recently been used for the length and automatic switching of the time constant of the analog integrator. All currently known wiring of analogue integrators with switchable time constant; they are based on a direct replacement of a mechanical or electromechanical switch with an electronic switch, mostly fitted with semiconductor switching elements; including other integrator circuits.

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.A common disadvantage of said analog integrators, whose time constant is switched by means of electronic switches, is that they fully exhibit unfavorable real properties of the semiconductor switch, in particular the resistance of the switch in the closed state and the dependence of this resistance on ambient temperature and applied voltage. Due to the wiring of these analog integrators, the resistance of the switch must be considered as part of the analog integrator feedback network, which leads to inaccuracy and instability of the integrator set time constant.

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.These disadvantages are largely eliminated by the switchable analogue integrator of the switchable time constant of the present invention, wherein the inputs of the additive analogue integrator are individually connected to the locations between the feedback resistors and the series series feedback resistor switches, the other end of the first input resistor being connected to the input. the wiring and output of the summing analog integrator to the wiring output.

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.The advantage of connecting the analogue switchable time constant integrator according to the invention is that it does not apply the unfavorable real properties of the semiconductor switches in the closed state, since said closed switches are practically part of the direct amplifier feedback loop and the high amplification of this opamp suppresses the voltage offset. time and temperature instabilities and nonlinearities of the final value of the resistance of the semiconductor switches in the closed state to a negligible extent.

Zapojení analogového integrátoru s přepínatelnou časovou konstantou podle vynálezu je znázorněno na výkrese.The circuit of an analogue integrator with a switchable time constant according to the invention is shown in the drawing.

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.The analog integrator circuit according to the invention is provided with an input J, an output 2 and includes an operational amplifier 2. The analog integrator circuit further comprises at least two switches each having a control input 2 and a switch control circuit 6 provided with outputs 2 which are connected to their respective control inputs 2 of the individual switches 8. The analog integrator circuit according to the invention also comprises a first input resistor 8, at least two feedback resistors 2, a common conductor 10 and a summation analog integrator 11 provided with at least two inputs 12, its output being simultaneously an output 2 of the analog integrator. The summation analog integrator 11 may be a conventional circuit and may, for example, comprise a second operational amplifier 13 to which the inverting inputs are connected via the second input resistors 14 to the individual inputs 12 of the summation analog integrator 11. on the one hand, through the integration condensate 15, the output of the second operational amplifier 13 and the non-inverting input of the second operational amplifier 13 are connected to a common conductor 10 and the output of the second operational amplifier 13 to the output of the summing analog integrator 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.One end of the first input resistor 8 is connected to the inverting input of the first operational amplifier 2 and the output of the first operational amplifier 2 is connected via a parallel combination of the series of feedback feedback 2 ^{and a} switch 4. Inputs 12 of the add-in analog integrator 11. are connected individually to common points of feedback resistors 2 and switches J in series combinations of feedback resistors 2 and switches J. The other end of the first input resistor 8 is connected to the input J, and the output of the summation analog integrator 11 forms the output 2 at the same time.

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.It is characteristic of the analog integrator according to the invention that, in operation, only one switch 8 is always closed by a signal (not shown) from the switch control circuit 6 connected to its control input 2, whereas all other switches 6 are open.

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 tIn case nth switch J is closed, where n is the serial number of switch J and other switches 4 are open, the circuit behaves as an inverting amplifier, in which the analogue integrator is connected in cascade and its output voltage is 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 ^u 2 ⁼ V; ^u ' ^dt > o where ^u denotes the instantaneous value of the input voltage, u _{2 the} instantaneous value of the output voltage, t the time and value of the wiring time constant of the analog integrator according to the invention, for which

Γ = R₁CP_3n/R_2n, kde R₁ značí hodnotu prvního vstupního odporu 8, C kapacitu integračního kondenzátoru 15.Γ = R ₁ CP _3n / R _2n , where R ₁ denotes the value of the first input resistor 8, C the capacity of the integrating capacitor 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.R2n the value of the n-th feedback resistor 2 ^and ^ 3n the value of the n-th second input resistor 14, where n denotes the sequence number of the feedback and second input resistors 14 and corresponds to the sequence number of the closed switch 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.It can be seen from the above relationships that the wiring constant of the analog integrator according to the invention can be set for the closed nth switch 4 by appropriately selecting the ratio ^R 3n / ^R 2n of the nth second input resistor 14 and the corresponding nth feedback resistor 2. the inverting input of the first operational amplifier J is due to negative feedback at zero potential, the other feedback resistors 2 ^{and the} other second input resistors 14 of the addition analog integrator 11 do not affect the overall operation of the analog integrator.

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.The wiring of an analogue integrator with a switchable time constant according to the invention can be advantageously applied especially in devices with automatic or remote selection of the size of the integrator time constant and wherever the integrator time constant needs to be switched accurately, quickly and reliably.

Claims

SUBJECT OF THE INVENTION

Switchable time constant analogue integrator wired with input and output, comprising an operational amplifier equipped with inverting and non-inverting input and output, at least two switches each having a control input, output control circuitry connected to their respective control inputs of each switches, a first input resistor, at least two feedback resistors, a common conductor and an add-on analog integrator provided with at least two inputs and outputs when one end of the first input resistor is connected to the inverting input of the operational amplifier of the operational amplifier, wherein the non-inverting input of the operational amplifier is connected to the common conductor, characterized in that the inputs (12) of the addition analog integrator (1) 1) are individually connected to common points of feedback resistors (9) and switches (4) of series combinations of feedback resistors (9) and switches (4), the other end of the first input resistor (8) being connected to input (1) connected and output the summation analog integrator (11) also forms the wiring output (2).