CS207274B1 - Zapojenípřepínatelného elektronického integrátoru, zejména pro generátoiy pilovitých kmitů - Google Patents

Description

(54) Zapojení přepínatelného elektronického integrátoru, zejména pro generátoiy pilovitých kmitů

Vynález se týká zapojení přepínatelného elektronického integrátoru, zejména pro generátory pilovitých kmitů, opatřené vstupem a výstupem, obsahující operační zesilovač opatřený invertujícím a neinvertujícím vstupem a výstupem, dva spínače, z nichž každý je opatřen řídicím vstupem, řídicí obvod spínačů opatřený výstupy, které jsou připojeny k jim příslušným řídicím vstupům jednotlivých spínačů, vstupní odpor, zpětnovazební odpor, společný vodič a sčítací analogový integrátor opatřený dvěma vstupy a výstupem, když k invertujícímu vstupu operačního zesilovače je připojen jeden konec vstúpního odporu, přes první spínač výstup operačního zesilovače a přes sériovou kombinaci zpětnovazebního odporu a druhého spínače rovněž výstup operačního zesilovače, přičemž neinvertující vstup operačního zesilovače je připojen ke společnému vodiči.

Základem téměř všech tak zvaných funkčních generátorů je zdroj pilovitých kmitů. Ke generování pilovitých kmitů se využívá nabíjení integrační- , ho kondenzátoru z kladného zdroje konstantního [ proudu a jeho následného vybíjení záporným zdrojem konstantního proudu. Napětí na tomto kondenzátoru pak při nabíjení lineárně narůstá a při vybíjení lineárně klesá, čímž^v čase nabývá tvaru pily. Strmost vzestupnéa sestupné části pilovitých kmitů je úměrná velikosti nabíjecího a vybíjecího proudu a nepřímo úměrná kapacitě integračního kondenzátoru.

Pro zlepšení vlastností těchto generátorů se ke konstrukci jejich integrátorů používá operačních zesilovačů. Integrační kondenzátor je v tomto případě zařazen do zpětnovazební sítě operačního zesilovače a ke generování pilovitých kmitů postačuje přepínat vstup integrátoru střídavě v určitých časových okamžicích ke kladnému a zápornému zdroji konstantního napětí. K přepínání vstupu integrátoru ke zmíněným zdrojům konstantního napětí se obvykle používá polovodičových spínačů, konstruovaných zpravidla na bázi diod nebo tranzistorů, případně tranzistorů řízených polem.

Společnou nevýhodou zmíněných elektronických analogových integrátorů, jejichž vstup je přepínán pomocí elektronických spínačů je, že se u nich v plné míře projevují nepříznivé reálné vlastnosti polovodičového spínače v sepnutém stavu a závislost tohoto odporu na okolní teplotě a na přiloženém napětí. Vzhledem k zapojení těchto přepínatelných integrátorů je odpor spínačů součástí vstupního odporu integrátoru, což vede vzhledem ke zmíněným reálným vlastnostem polovodičového spínače v sepnutém stavu k nepřesnosti a nestabilitě nastavené časové konstanty integrátoru.

Tyto nevýhody do značné míry odstraňuje zapo207274

207 274 jení přepínatelného elektronického integrátoru, zejména pro generátory pilovitých kmitů, podle vynálezu, jehož podstatou je, že první vstup sčítacího analogového integrátoru je připojen ke druhému konci vstupního odporu, druhý vstup sčítacího analogového integrátoru je připojen do místa mezi zpětnovazebním odporem a druhým spínačem sériové kombinace zpětnovazebního odporu a druhého spínače, přičemž druhý konec vstupního odporu je připojen ke vstupu zapojení a výstup sčítacího analogového integrátoru k výstupu zapojení. ,

Výhodou zapoj ení přepínatelného elektronického integrátoru podle vynálezu je, že se v něm neuplatňují nepříznivé reálné vlastnosti polovodičových spínačů v sestupném stavu, neboť zmíněné odpory spínačů jsou prakticky součástí přímé větve zpětnovazební smyčky operačního zesilovače, a velké zesílení tohoto operačního zesilovače potlačuje vliv napěťového ofsetu, časové a teplotní nestability a nelinearity konečné hodnoty odporu i polovodičových spínačů v sepnutém stavu na zanedbatelnou míru.

Další výhodou zapojení přepínatelného elektro- | nického integrátoru podle vynálezu je, že pro generování pilovitých kmitů postačuje připojit k jeho vstupu zdroj konstantního napětí pouze jedné polarity.

Zapojení přepínatelného elektronického integ- í rátoru, zejména pro generátory pilovitých kmitů ί podle vynálezu, je znázorněno na výkrese. '

Zapojení je opatřeno vstupem 1, výstupem 2 a obsahuje operační zesilovač 3. Operační ! zesilovač 3 je opatřen invertujícím vstupem 4 a neinvertujícím vstupem 5 a výstupem 6. Zapojení , dále obsahuje dva spínače 7,8, které jsou opatřeny řídicími vstupy 9 a 10 a řídicí obvod 11 spínačů opatřený výstupy 12 a 13, které jsou připojeny k jim příslušným řídicím vstupům 9 a 10 jednotlivých spínačů 7, 8. Zapojení rovněž obsahuje j vstupní odpor 14, zpětnovazební odpor 15, společný vodič 16 a sčítací analogový integrátor 17, opatřený dvěma vstupy 18 a 19 a výstupem 20.

Sčítací analogový integrátor 17 může být běžného zapojení a může obsahovat například druhý operační zesilovač 21, k jehož invertujícímu vstupu jsou připojeny jednak přes první sčítací odpor první vstup 18 sčítacího integrátoru 17 a přes druhý sčítací odpor 24 druhý vstup 19 sčítacího integrátoru 17, jednak přes integrační kondenzátor 25 výstup 26 druhého operačního zesilovače 21, přičemž neinvertující vstup 27 druhého operačního zesilovače 21 je připojen ke společnému vodiči 16 i a výstup 26 druhého operačního zesilovače 21 k výstupu 20 sčítacího analogového integrátoru

17. i

K invertujícímu vstupu 4 prvního operačního zesilovače 3 je připojen jeden konec 28 vstupního odporu 14, přes první spínač 7 výstup 6 prvního operačního zesilovače 3 a přes sériovou kombinaci zpětnovazebního odporu 15 a druhého spínače 8 rovněž výstup 6 operačního zesilovače 3. Neinvertující vstup 5 prvního operačního zesilovače 3 je připojen ke společnému vodiči 16.

První vstup 18 sčítacího analogového integrátoru 17 je připojen ke druhému konci 29 vstupního odporu 14 a druhý vstup 19 sčítacího analogového integrátoru 17 je připojen do místa 30 mezi zpětnovazebním odporem 15 a druhým spínačem 8 sériové kombinace zpětnovazebního odporu 15 a druhého spínače 8. Druhý konec 29 vstupního odporu 14 je připojen ke vstupu 1 zapojení a výstup 20 sčítacího analogového integrátoru 17 k výstupu 2 zapojení.

Pro zapojení přepínatelného elektronického integrátoru podle vynálezu je charakteristické, že při i jeho provozu je sepnut vždy pouze jeden ze spínačů 7, 8, kdežto zbývající ze spínačů 7, 8 je rozpojen.

V případě, že je sepnut první spínač 7, kdežto druhý spínač 8 je rozpojen, je invertující vstup 4 prvního operačního zesilovače 3 na takzvané „virtuální zemi“, a zpětnovazební odpor 15 je v důsledku toho připojen na nulový potenciál. Zapojení podle vynálezu se v tomto případě chová jako jednoduchý invertující integrátor, a jeho výstupní napětí je

kde u₂ značí okamžitou hodnotu výstupního napětí přepínatelného elektronického integrátoru podle vynálezu, u₃ okamžitou hodnotu jeho vstupního napětí, t čas a Tj časovou konstantu zapojení při sepnutém prvním spínači 7, přičemž platí

Tj = Rj C, kde R₃ značí hodnotu prvního sčítacího odporu 23 a C kapacitu integračního kondenzátorů 25.

V případě, že naopak první spínač 7 je rozpojen a druhý spínač 8 je sepnut, je výstupní napětí

kde τ₂ značí časovou konstantu zapojeni při sepnutém druhém spínači 8, přičemž platí x₂ ⁼ Ri R3 R4 C / (R₂ R₃ — Rj R4), kde R_t značí hodnotu vstupního odporu 14, R₂ hodnotu zpětnovazebního odporu 15, R₃ hodnotil prvního sčítacího odporu 23, R₄ hodnotu druhého sčítacího odporu 24 a C kapacitu integračního kondenzátorů 25.

Z uvedených vztahů plyne, že v případě sepnutého prvního spínače 7 výstupní napětí u₂ klesá, a v případě opačném, to je při sepnutém druhém spínači 8 výstupní napětí u₂ roste.

Volbou hodnot R_1? R₂, R₃, R₄ odporů 14,15,23,

24, lze volit časové konstanty τ_1? τ₂, a tím i strmost sestupné a vzestupné části pilovitých kmitů. Například při volbě hodnot odporů 14,15, 23,24 R_x = R_: = R₃ = R a R, = R/2, kde R značí zvolenou hodnotu odporů, jsou obě časové konstanty τ₂, τ₂ shodné a výstupní napětí u₂ má ^tvar trojúhelníkových kmitů.

Uvedená analýza obvodu je zjednodušená a předpokládá použití idealisovaného operačního zesilovače. Při praktických realizacích je však třeba uvažovat také vliv napěťové nesymetrie vstupů (ofsetu) a ujíždění (driftu) operačního zesilovače, které se projevují stejným způsobem jako u běžných integrátorů s operačním zesilovačem. Metody, potlačení těchto vlivů jsou obdobné.

Zapojení přepínatelného elektronického integrátoru podle vynálezu lze s výhodou aplikovat zejména ve funkčních generátorech jako zdroj kvalitních pilovitých, případně trojúhelníkových kmitů. Zapojení lze rovněž využít v přesných převodnících elektrického napětí na kmitočet.

Claims (1)

1. PŘEDMĚT

   VYNÁLEZU

   Zapojení přepínatelného elektronického integrátoru, zejména pro generátory pilovitých kmitů, opatřené vstupem a výstupem, obsahující operační zesilovač opatřený invertuj ícím a neinvertujícím vstupem a výstupem, dva spínače, z nichž každý je opatřen řídicím vstupem, řídicí obvod spínačů opatřený výstupy, které jsou připojeny k jim příslušným řídicím vstupům jednotlivých spínačů, vstupní odpor, zpětnovazební odpor, společný vodič a sčítací analogový integrátor opatřený dvěma vstupy a výstupem, když k invertujícímu vstupu operačního zesilovače je připojen jeden konec vstupního odporu, přes první spínač výstup operačního zesilovače a přes sériovou kombinaci zpětnovazebního odporu a druhého spínače rovněž výstup operačního zesilovače, přičemž neinvertující vstup operačního zesilovače je připojen ke společnému vodiči, vyznačující se tím, že první vstup (18) sčítacího analogového integrátoru (17) je připojen ke druhému konci (29) vstupního odporu (14), druhý vstup (19) sčítacího analogového integrátoru (17) je připojen do místa (30) mezi zpětnovazebním odporem (15) a druhým spínačem (8) sériové kombinace zpětnovazebního odporu (15) a druhého spínače (8), přičemž druhý konec (29) vstupního odporu (14) je připojen ke vstupu (1) zapojení a výstup (20) sčítacího analogového integrátoru (17) k výstupu (2) zapojení.