RU2020580C1

RU2020580C1 - Integrator

Info

Publication number: RU2020580C1
Authority: RU
Inventors: В.И. Фомин
Original assignee: Производственное объединение "Нижегородский машиностроительный завод"
Priority date: 1990-05-15
Filing date: 1990-05-15
Publication date: 1994-09-30

Abstract

FIELD: computation technology. SUBSTANCE: integrator has operation amplifier 1, capacitors 2, 3, switches 4, 5 and 6, key 7, bulk resistors 8 and 9, synchronization unit 10, algebraic adder 11. EFFECT: enhanced accuracy. 2 dwg

Description

Изобретение относится к вычислительной технике и автоматике и предназначено для длительного интегрирования сигнала от незаземленного источника или разности сигналов двух источников, имеющих общую землю. The invention relates to computer technology and automation and is intended for long-term integration of the signal from an ungrounded source or the difference of the signals of two sources having a common ground.

Известен интегратор разности напряжений, содержащий операционный усилитель, входы которого соответственно через первый и второй масштабные резисторы подключены к источникам входных сигналов, причем между инвертирующим входом и выходом дифференциального операционного усилителя включен первый интегрирующий конденсатор, а к неинвертирующему входу дифференциального операционного усилителя подключена первая обкладка второго интегрирующего конденсатора, масштабный усилитель, вход которого подключен к выходу дифференциального операционного усилителя, а выход соединен с второй обкладкой второго интегрирующего конденсатора. A voltage difference integrator is known, comprising an operational amplifier, the inputs of which, respectively, through the first and second scale resistors are connected to input signal sources, the first integrating capacitor connected between the inverting input and the output of the differential operational amplifier, and the first lining of the second integrating connected to the non-inverting input of the differential operational amplifier capacitor, a large-scale amplifier, the input of which is connected to the output of the differential opera ion amplifier, and an output connected to the second electrode of the second integrating capacitor.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей интегратора за счет интегрирования сигнала от незаземленного источника (дифференциальный выход усилителя, изолированный датчик и т.п.). The purpose of the invention is the expansion of the functionality of the integrator by integrating the signal from an ungrounded source (differential output of the amplifier, an isolated sensor, etc.).

На фиг. 1 представлена электрическая схема интегратора; на фиг. 2 - диаграмма его работы. In FIG. 1 shows an electrical diagram of an integrator; in FIG. 2 is a diagram of his work.

Интегратор содержит операционный усилитель 1, интегрирующие конденсаторы 2 и 3, переключатели 4, 5, 6, ключ 7, масштабные 8 и 9 резисторы, блок 10 синхронизации, алгебраический сумматор 11. The integrator contains an operational amplifier 1, integrating capacitors 2 and 3, switches 4, 5, 6, a key 7, large-scale 8 and 9 resistors, a synchronization unit 10, an algebraic adder 11.

Инвертирующий вход операционного усилителя 1 через резистор 8 и замыкающие контакты переключателя 5 соединен с первой входной клеммой интегратора, а через резистор 8 и размыкающие контакты - с второй входной клеммой, и с первыми выводами интегрирующих конденсаторов 2 и 3 непосредственно. Заземленный неинвертирующий вход операционного усилителя 1 через резистор 9 и замыкающие контакты переключателя 4 соединен с первой входной клеммой интегратора, а через размыкающие контакты переключателя 4 - с второй входной клеммой. Выход операционного усилителя 1 через замыкающие контакты переключателя 6 подключен к интегрирующему конденсатору 3, а через размыкающие - к интегрирующему конденсатору 2. Ключ 7 расположен между входом и выходом операционного усилителя 1. Имеется устройство 10 управления ключами. The inverting input of the operational amplifier 1 through a resistor 8 and the make contacts of the switch 5 is connected to the first input terminal of the integrator, and through the resistor 8 and the make contacts with the second input terminal, and directly with the first outputs of the integrating capacitors 2 and 3. The grounded non-inverting input of the operational amplifier 1 through a resistor 9 and the make contacts of the switch 4 is connected to the first input terminal of the integrator, and through the open contacts of the switch 4 is connected to the second input terminal. The output of the operational amplifier 1 through the closing contacts of the switch 6 is connected to the integrating capacitor 3, and through the disconnecting to the integrating capacitor 2. The key 7 is located between the input and output of the operational amplifier 1. There is a key management device 10.

Интегратор работает следующим образом. The integrator works as follows.

Устройство управления ключами вырабатывает интервал сброса t_сбр. для ключа 7 и интервалы коммутации t_ком для переключателей 4, 5 и 6 (см. фиг. 2). В исходном состоянии, изображенном на фиг. 1 после сброса, начинается интегрирование сигнала источника Е (для простоты изложения напряжение T на диаграмме (фиг. 2а), изображается постоянной величиной) в течение времени t_ком. (V_c2 на фиг. 2б). После переключения переключателей 4, 5 и 6 источник Е инвертируется по отношению к входу интегратора и интегрируется сигнал "-Е" также в течение времени t_ком (V_c3 на фиг. 2в). Затем переключатели 4, 5 и 6 возвращаются в исходное положение и цикл повторяется. Всего происходит N переключений, где N = T_инт/t_ком, Т_инт - полное время интегрирования сигнала Е. Затем осуществляется сброс.The key management device generates a reset interval t reset _. for key 7 and switching intervals t _com for switches 4, 5 and 6 (see. Fig. 2). In the initial state shown in FIG. 1 after the reset, the integration of the source signal E begins (for simplicity, the voltage T in the diagram (Fig. 2a) is depicted as a constant value) for a time t _com. (V _c2 in Fig. 2b). After switching the switches 4, 5 and 6, the source E is inverted with respect to the input of the integrator and the signal “-E” is also integrated for a time t _com (V _c3 in Fig. 2c). Then the switches 4, 5 and 6 are returned to their original position and the cycle repeats. A total of N switching occurs, where N = T _int / t _com , T _int is the total integration time of signal E. Then, a reset is performed.

Напряжение на конденсаторах 2 и 3 равно
V_c2= -

E_(n)dt;
V_c3= -

(-E_(n))dt.The voltage across capacitors 2 and 3 is
V _c2 = -

E _(n) dt;
V _c3 = -

(-E _(n) ) dt.

Если сопротивление резистора 8 значительно больше сопротивления резистора 9, а конденсаторы 2 и 3 идентичны, то, выбирая время коммутации t_ком достаточно малым в сравнении с Т_инт, можно с необходимой точностью получить
V_c2= -

Edt;
V_c3= -

(-E)dt=

Edt, где R - сопротивление резистора 8;
С - емкость конденсаторов 2, 3.If the resistance of the resistor 8 is much greater than the resistance of the resistor 9, and the capacitors 2 and 3 are identical, then, choosing the switching time t _com small enough in comparison with T _int , you can get with the necessary accuracy
V _c2 = -

Edt;
V _c3 = -

(-E) dt =

Edt, where R is the resistance of the resistor 8;
C is the capacitance of capacitors 2, 3.

Напряжение на выходе интегратора
V_вых=V_c2-V_c3= -

Edt.Integrator Output Voltage
V _o = V _c2 -V _c3 = -

Edt.

(см. фиг. 2г). (see Fig. 2d).

Известно, что у реального интегратора в выходном сигнале присутствует погрешность, связанная с наличием напряжения смещения и разности входных токов операционного усилителя. Таким образом, напряжение на конденсаторах с2 и с3 можно рассматривать как сумму полезного сигнала и величину некоторой погрешности:
V_c2 = V_пол.1 +V_погр.1;
V_c3 = V_пол.2 + V_погр.2, где V_пол.1 и V_пол.2 - величина полезного сигнала на конденсаторах 2 и 3;
V_погр.1 и V_погр. ₂ - величина погрешности на конденсаторах 2 и 3.It is known that the real integrator in the output signal has an error associated with the presence of bias voltage and the difference of the input currents of the operational amplifier. Thus, the voltage across the capacitors c2 and c3 can be considered as the sum of the useful signal and the value of some error:
V _c2 = V _{floor 1} + V _{burial 1} ;
V _c3 = V _{pol. 2} + V _{bur. 2} , where V _{pol. 1} and V _{pol. 2} - the value of the useful signal on the capacitors 2 and 3;
V _{burial 1} and V _burial. ₂ - error value on capacitors 2 and 3.

В силу идентичности конденсаторов 2 и 3, а также в силу применения одного операционного усилителя V_погр.1 = V_погр.2. Следовательно, сигнал на выходе интегратора
V_вых = V_c2 - V_c3 = V_пол.1 - V_пол.2
Поскольку V_пол.2 = -V_пол.1, то
V_вых. = V_пол.1 - (-V_пол.2) = 2 V_пол.1 = V_пол.
Таким образом, введение дополнительного ключа позволяет интегрировать сигнал от незаземленного источника, устраняя при этом ошибку интегрирования.Due to the identity of capacitors 2 and 3, and also due to the use of one operational amplifier, V _bur. 1 = V _bur . ₂ . Therefore, the signal at the output of the integrator
V _o = V _c2 - V _c3 = V _{pol. 1} - V _{pol. 2}
Since V _{pol. 2} = -V _{pol. 1} , then
V _out. _Pol.1 = V - (-V _pol.2) = V 2 = V _pol.1 _floor.
Thus, the introduction of an additional key allows you to integrate the signal from a non-grounded source, while eliminating the integration error.

При необходимости предлагаемое устройство может использоваться как интегратор разности двух напряжений. В этом случае также устраняется ошибка интегрирования. С целью предотвращения короткого замыкания источников на землю в процессе коммутации переключателя 4 в схеме предусмотрен ограничивающий резистор 9. If necessary, the proposed device can be used as an integrator of the difference of two voltages. In this case, the integration error is also eliminated. In order to prevent a short circuit of sources to ground during the switching process of switch 4, a limiting resistor 9 is provided in the circuit.

Интегратор имеет дифференциальный выход, расширяющий в 2 раза его динамический диапазон, однако можно осуществить переход к заземленному выходу, подключив к выходным клеммам интегратора алгебраический сумматор. The integrator has a differential output that extends its dynamic range by 2 times, however, it is possible to switch to a grounded output by connecting an algebraic adder to the output terminals of the integrator.

Claims

An INTEGRATOR containing an operational amplifier, two integrating capacitors, two scale resistors, an algebraic adder whose output is the output of the integrator, and the summing and subtracting inputs are connected to the first plates of the first and second integrating capacitors, the second plate of the first capacitor is connected to the inverting input of the operational amplifier and the first output of the first large-scale resistor, characterized in that, in order to increase accuracy and expand the scope, three crossings are introduced into it switch, key and synchronization unit, the output of the operational amplifier is connected through the first switch to the first plates of the first and second integrating capacitors, the non-inverting input of the operational amplifier is connected to the zero potential bus and to the first output of the scale resistor, the second conclusions of the first and second scale resistors through the second and third the switches are connected to the first and second inputs of the integrator, respectively, the output of the operational amplifier is connected to its inverting input via a key, control vlyayuschie input switches are connected to the first output of the synchronization unit, the second output of which is connected to the control input of the key.