CS267813B1

CS267813B1 - Connection of loss integrator

Info

Publication number: CS267813B1
Application number: CS868096A
Authority: CS
Inventors: Jaroslav Ing Barta
Original assignee: Barta Jaroslav
Priority date: 1986-11-10
Filing date: 1986-11-10
Publication date: 1990-02-12
Also published as: CS809686A1

Abstract

Zapojení nalezne použití zejména jako časový a regulační člen v různých oborech a aplikacích elektroniky, a to jako součást elektrických obvodů a zařízení. Řeší problém dosahování větších hodnot časových konstant. U známých zapojení ztrátových integrátorů je velikost časové konstanty v podstatě určená součinem hodnot integračního odporu a integračního kondenzátoru. U nového zapojení je dosahováno větších hodnot časových konstant jiným způsobem. Požadavek větších časových konstant nevede ke zvětšování hodnot integračního odporu a integračního kondenzátoru, ale ke změnám hodnot zesílení. Podstata zapojení spočívá λ- takovém uspořádání rozdílového zesilovače a rozdílového ztrátového integrátoru s jednotkovým přenosem proporcionální složky, že vstupní svorka je spojena s invertujícím vstupem rozdílového zesilovače, jehož výstup je spojen s invertujícím vstupem rozdílového ztrátového integrátoru s jednotkovým přenosem proporcionální složky, jehož výstup je spojen jednak s jeho neinvertujícím vstupem rozdílového zesilovače a tfké s výstupní svorkou. Časová konstanta takto zapojeného ztrátového integrátoru je potom daná součinem převrácené hodnoty zesílení rozdílového zesilovače a integrační časové konstanty rozdílového ztrátového integrátoru s jednotkovým přenosem proporcionální složky.The circuit will find use mainly as a timing and control element in various fields and applications of electronics, as a part of electrical circuits and devices. It solves the problem of achieving larger values of time constants. In known circuits of lossy integrators, the size of the time constant is essentially determined by the product of the values of the integrating resistor and the integrating capacitor. In the new circuit, larger values of time constants are achieved in a different way. The requirement for larger time constants does not lead to increasing the values of the integrating resistor and the integrating capacitor, but to changes in the amplification values. The essence of the circuit lies in such an arrangement of the differential amplifier and the differential loss integrator with a unit transfer of the proportional component that the input terminal is connected to the inverting input of the differential amplifier, whose output is connected to the inverting input of the differential loss integrator with a unit transfer of the proportional component, whose output is connected both to its non-inverting input of the differential amplifier and to the output terminal. The time constant of the lossy integrator connected in this way is then given by the product of the inverse value of the gain of the differential amplifier and the integration time constant of the differential loss integrator with a unit transfer of the proportional component.

Description

Vynález se týká ztrátového integrátoru, u kterého se změna velikosti hodnoty integrační časové konstanty řeší pomocí změny zesílení, a to při zachování fáze a jednotkového přenosu proporcionální složky vstupního napětí.The invention relates to a loss integrator in which the change in the magnitude of the value of the integration time constant is solved by changing the gain, while maintaining the phase and the unit transfer of the proportional component of the input voltage.

Jsou známá zapojení ztrátových integrátorů s operačními zesilovači, u kterých v podstatě jde o nabíjení integračního kondenzátorů stálým proudem obvodem zpětné vazby přes integrační odpor. Jelikož integrační časová konstanta je u těchto zapojení dána součinem hodnot integračního odporu a integračního kondenzátorů, vede požadavek větších hodnot integračních časových konstant ke zvětšování hodnot integračního odporu, respektive integračního kondenzátorů. Pro hodnotu integračního odporu pak platí omezující podmínky. Má být řádově nižší než vstupní odpor použitého operačního zesilovače, svodový odpor integračního kondenzátorů a případně svodový odpor plošných spojů. Integrační kondenzátor má být co nejdokonalejší, se stálou kapacitou a minimální hodnotou svodu. Použití vysokokapacitních elektrolytických kondenzátorů je tedy z výše uvedených důvodů omezeno, a to podle požadavku na kvalitu integrace. Nutnost zvyšování integrační kapacity pak vede k paralelnímu řazení kvalitních kondenzátorů, a to na úkor obsazeného místa plošného spoje. Je-li stanoven požadavek plynulé změny integrační časové konstanty, využívá se spojité měnitelnosti hodnoty integračního odporu použitím odporového trimru nebo potenciometru. Změnou integrační časové konstanty tímto způsobem je omezena přesnost opakovatelnosti jejího nastavení. Se změnou hodnoty integrační časové konstanty se mění i hodnota přenosu proporcionální složky vstupního napětí. Pro integrátory, které pracují s dlouhými dobami integrování, je třeba užívat operačních zesilovačů, jelikož klidový vstupní proud a napětová nesymetrie vstupů se mění s teplotou jen málo. Obvykle se používají zesilovače osazené na vstupech.tranzistory, řízenými elektrickým polem.Connections of loss integrators with operational amplifiers are known, in which it is essentially a matter of charging the integration capacitors with a constant current through a feedback circuit via an integration resistor. Since the integration time constant in these connections is given by the product of the values of the integration resistance and the integration capacitors, the requirement of larger values of the integration time constants leads to an increase in the values of the integration resistance and the integration capacitors, respectively. Restrictive conditions then apply to the value of the integration resistance. It should be an order of magnitude lower than the input resistance of the operational amplifier used, the leakage resistance of the integration capacitors and possibly the leakage resistance of the printed circuit boards. The integration capacitor should be as perfect as possible, with a constant capacity and a minimum leakage value. The use of high-capacity electrolytic capacitors is therefore limited for the above reasons, depending on the quality of the integration requirement. The need to increase the integration capacity then leads to a parallel arrangement of quality capacitors, at the expense of the occupied space of the printed circuit board. If a requirement for a continuous change of the integration time constant is specified, the continuous variability of the value of the integration resistance is used using a resistance trimmer or potentiometer. By changing the integration time constant in this way, the accuracy of the repeatability of its setting is limited. As the value of the integration time constant changes, the value of the transmission of the proportional component of the input voltage also changes. For integrators that work with long integration times, operational amplifiers should be used, as the quiescent input current and voltage asymmetry of the inputs change little with temperature. Amplifiers mounted on electric field controlled transistors are usually used.

Výše uvedené nedostatky jsou odstraněny zapojením ztrátového integrátoru podle vynálezu. Podstata vynálezu spočívá v takovém uspořádání rozdílového zesilovače a rozdílového ztrátového integrátoru s jednotkovým přenosem proporcionální složky, že vstupní svorka je spojena s invertujícím vstupem rozdílového zesilovače, jehož výstup je spojen s invertujícím vstupem rozdílového ztrátového integrátoru s jednotkovým přenosem proporcionální složky, jehož výstup je spojen jednak s jeho neinvertujícím vstupem, jednak s neinvertujícím vstupem rozdílového zesilovače a také s výstupní svorkou.The above drawbacks are eliminated by connecting a loss integrator according to the invention. The essence of the invention lies in such an arrangement of a differential amplifier and a differential loss integrator with a unit proportional component transfer such that the input terminal is connected to an inverting input of a differential amplifier whose output is connected to an inverting input of a differential loss integrator with a unit proportional component transmission. with its non-inverting input, on the one hand with the non-inverting input of the differential amplifier and also with the output terminal.

Pro hodnotu A<1 se zvětšuje ~ v poměru — . Výhodou zapojeni ztrátového integrátoru je: 1 , , ,For a value of A <1, ~ increases in the ratio -. The advantage of connecting a loss integrator is: 1,,,

-Tje --- krát násobkemT., čímž lze pro malé hodnoty A dosáhnout velkých hodnot ‘T, ^{Λ 1} , . , , 1 , - ve srovnaní s vyse popsanými zapojeními ztrátových integrátorů lze použit -j- krát menší hodnoty integračního odporu, respektive integračního kondenzátorů k dosažení stejné integrační časové konstanty. K docílení velké hodnoty integrační časové konstanty lze tedy použít malých hodnot kvalitních, stabilních odporů a malých hodnot kvalitních integračních kondenzátorů s časově stálou hodnotou kapacity a malou dielektrickou absorbcí, a tak v maximální míře zamezit vlivu šumu vnější sítě, vlivu svodových odporů jak vlastního plošného spoje, tak vysokokapacitních elekrolytických kondenzátorů a dosáhnout tak co nejkvalitnější integrace, - nízkohodnotové integrační odpory a kondenzátory jsou také vhodnější pro osazování desek plošných spojů a to z hlediska malých rozměrů, čímž lze dosáhnout úspory místa, - jednotkový přenos proporcionální složky vstupního napětí, který zůstává zachován i při změnách A, tedy při změnáchT, - možnost stanovení měřením A, čímž lze dosáhnout přesné opakovatelnosti při spojitém nastavování TT , - možnost použití operačních zesilovačů osazených na vstupech bipolárními tranzistory i pro aplikace s požadavkem dosahování dlouhých dob integrace.-T is --- times a multiple of T., so that large values of 'T, ^{Λ 1} , can be achieved for small values of A. In comparison with the above-described connections of loss integrators, times smaller values of the integration resistance or of the integration capacitors can be used to achieve the same integration time constant. To achieve a large value of the integration time constant, it is possible to use small values of quality, stable resistances and small values of quality integration capacitors with time-constant capacitance and low dielectric absorption, thus maximally avoiding the influence of external network noise, , such as high-capacity electrolytic capacitors and achieve the best possible integration, - low-value integration resistors and capacitors are also more suitable for PCB mounting in terms of small dimensions, which can save space, also with changes A, ie with changes T, - possibility of determination by measurement A, which can achieve exact repeatability with continuous setting of TT, - possibility of using operational amplifiers mounted on inputs with bipolar transistors also for applications requiring long integration times.

Příklad zapojení ztrátového integrátoru podle vynálezu je znázorněn v blokovém schématu na připojeném výkresu.An example of the connection of a loss integrator according to the invention is shown in the block diagram in the attached drawing.

Vstupní svorka 1 je spojena s invertujícím vstupem 31 rozdílového zesilovače 3, jehož výstupThe input terminal 1 is connected to the inverting input 31 of the differential amplifier 3, the output of which

CS 267 313 Bl je spojen s invertujícím vstupem 41 rozdílového ztrátového integrátoru s jednotkovým přenosem proporcionální složky 4. Výstup 43 rozdílového ztrátového integrátoru s jednotkovým přenosem proporcionální složky 4 je spojen jednak s jeho neinvertujícím vstupem 42, jednak s neinvertujícím vstupem 32 rozdílového zesilovače 3 a také s výstupní svorkou 2. Funkce zapojení ztrátového integrátoru je ilustrována pomocí vstupního napětí tvaru jednotkového skoku, připojeného na vstupní svorku 1. Zapojení ztrátového integrátoru pracuje následujícím způsobem. Je-li v čase t <0 připojena vstupní svorka 1 na nulové napětí, je výstupní napětí na výstupní svorce 2 rovněž nulové. Je-li v čase t = 0 připojen na vstupní svorku 1 kladný, resp. záporný napětový jednotkový skok, je výstupní napětí v čase t = 0 na výstupní svorce 2 určeno podle vzorce: t t u,/t/=l - e , respektive Uj/t/= -1 + e ~ 'T^- , kde ^u2/t/ je výstupní napětí v čase t, e je Eulerovo číslo, t je čas v s, Έ je integrační časová konstanta zapojení ztrátového integrátoru v s. Z výše uvedeného vzorce vyplývá, že zapojení ztrátového integrátoru zachovává na své výstupní svorce 2 fázi a jednotkový přenos proporcionální složky vstupního napětí připojeného na vstupní svorku 1, Integrační časová konstanta zapojení ztrátového integrátoru je určena podle vzorce:CS 267 313 B1 is connected to the inverting input 41 of the differential loss integrator with unit transfer of proportional component 4. The output 43 of the differential loss integrator with unit transfer of proportional component 4 is connected to its non-inverting input 42 and to the non-inverting input 32 of differential amplifier 3. with output terminal 2. The loss integrator connection function is illustrated by a unit jump input voltage connected to input terminal 1. The loss integrator connection works as follows. If input terminal 1 is connected to zero voltage at time t <0, the output voltage at output terminal 2 is also zero. If at time t = 0 it is connected to input terminal 1 positive, resp. negative voltage unit jump, the output voltage at time t = 0 at output terminal 2 is determined according to the formula: ttu, / t / = l - e, respectively Uj / t / = -1 + e ~ 'T ^- , where ^u 2 / t / is the output voltage at time t, e is the Euler number, t is the time vs, Έ is the integration time constant of the loss integrator connection in s. proportional components of the input voltage connected to the input terminal 1, The integration time constant of the loss integrator connection is determined according to the formula:

kde je integrační časová konstanta proporcionální složky 4 v s, rozdílového ztrátového integrátoru s jednotkovým přenosemwhere the integration time constant of the proportional component is 4 in s, a differential loss integrator with unit transfer

A je zesílení rozdílového zesilovače 3.A is the gain of the differential amplifier 3.

Z výše uvedeného vzorce vyplývá, že pro níže uvedená zesílení rozdílového zesilovače 3 platí pro integrační časovou konstantu zapojení ztrátového integrátoru toto:It follows from the above formula that for the following gains of the differential amplifier 3, the following applies to the integration time constant of the loss integrator connection:

A -* co => T _ Q,A - * co => T _ Q,

A = 1 => <τ = τ,, A = 0 => «T-»- OO.A = 1 => <τ = τ ,, A = 0 => «T -» - OO.

V konkrétní realizaci zapojení ztrátového integrátoru je minimální hodnota 'T , respektive maximální hodnota A pro A71 omezena maximální požadovanou velikostí vstupního napětí a to tak, že součin maximální hodnoty A a maximální hodnoty vstupního napětí musí být menší nebo roven saturačnímu napětí použitých operačních zesilovačů. Touto podmínkou je pak při daném A zajištěna konstantní TT v příslušném rozsahu vstupního napětí. Maximální hodnota ‘Τ' , respektive nimimální hodnota A pro A<1 je omezena pouze minimální požadovanou velikostí vstupního napětí, a to s ohledem na vstupní drift operačních zesilovačů, použité typy operačních zesilovačů a požadovanou stálost a přesnost integrace. Integrační časová konstanta je určena součinem hodnot integrnčnícho odporu a integračního kondenzátoru rozdílového ztrátového integrátoru s jednotkovým přenosem proporcionální složky 4.In a specific implementation of the loss integrator connection, the minimum value 'T or the maximum value A for A71 is limited by the maximum required input voltage, so that the product of the maximum value A and the maximum input voltage must be less than or equal to the saturation voltage of the operational amplifiers used. This condition then ensures a constant TT in the respective input voltage range for a given A. The maximum value ‘Τ 'or the minimum value A for A <1 is limited only by the minimum required value of the input voltage, with regard to the input drift of operational amplifiers, the types of operational amplifiers used and the required stability and accuracy of integration. The integration time constant is determined by the product of the values of the integration resistance and the integration capacitor of the differential loss integrator with the unit transfer of the proportional component 4.

Claims

OBJECT OF THE INVENTION

Connection of a loss integrator comprising a differential amplifier and a differential loss integrator with unit transmission of the proportional component, characterized in that the input terminal / 1 / is connected to the inverting input / 31 / of the differential amplifier / 3 /, the output 33 of which is connected to the inverting input / 41 / differential loss integrator / 4 / with unit transmission of proportional component, whose output / 43 / is connected on the one hand with its non-inverting input / 42 /, on the other hand with non-inverting input / 32 / of differential amplifier / 3 / and also with output terminal / 2 /.