SU1030814A1

SU1030814A1 - Integrator with automatic correction of zero level

Info

Publication number: SU1030814A1
Application number: SU823428316A
Authority: SU
Inventors: Виктор Алексеевич Иванов; Геннадий Дмитриевич Пролубников; Юрий Николаевич Тихонов
Original assignee: Предприятие П/Я Г-4371
Priority date: 1982-04-22
Filing date: 1982-04-22
Publication date: 1983-07-23

Abstract

ИНТЕГРАТОР С АВТОМАТИЧЕСКОЙ КОРРЕКЦИЕЙ НУЛЕВОГО УРОВНЯ, содержащий операционный усилитель, между инвертирующим входом и выходом которого включен интегрирующий конденсатор управл екый источник входного тока, . вход которого вл етс входом интегратора , а выход подключен к инвертируюмему входу операционного усилител , первый усилитель с измен емом коэффициентом передачи, которого вл етс выходом интегратора , и ключ, отличающийс тем, что, с целью расширени диапазона изменени посто нной времени интегрировани и области ибпользовани интегратора, в. него введены второй усилитель с измен емым коэффициентом передачи, компаратор, формиро-г ватель управл ющего сигнала, эадатчик посто нной времени интегрировани и переменный резистор, включенюлй последовательно с ключом между инвертирующим входом и выходом операционного усилител , соединенный с первым входом кбмпаратора и входом первого усилител с измен емым коэффициентом передачи, вход второго усилител с измен емом коэффициентом передачи соединен с входом интегратора , а выход подключен к второму, входу компаратора, причем выход задатчику посто нЯЪй времени интегри (Л ровани соединен с управл ющими входами первозсю и второго усилителей с измен емым коэффициентом передачи ;и средним выводом переменного резне- тора, а управл ющие входы ключа и управл емого источника токи г одключены к выходу формировател управл ющего сигнала, входом соединенного с выходом компаратора. со о 00 4INTEGRATOR WITH AUTOMATIC ZERO LEVEL CORRECTION, containing an operational amplifier, between the inverting input and the output of which is included the integrating capacitor, the controlled input current source,. whose input is the integrator's input, and the output is connected to the inverting input of the operational amplifier, the first amplifier with a variable transmission coefficient, which is the integrator's output, and the key, characterized in that, in order to extend the range of the constant integration time and the area of use integrator, c. He introduced a second amplifier with a variable transmission coefficient, a comparator, a control signal generator, a constant integration time sensor and a variable resistor connected in series with the key between the inverting input and the output of the operational amplifier connected to the first input of the paramparator and the input of the first amplifier with a variable transmission coefficient, the input of the second amplifier with a variable transmission coefficient is connected to the input of the integrator, and the output is connected to the second, the input of the comparator, and the output to the setpoint constant-time integrator (L rover is connected to the control inputs of the primary and second amplifiers with a variable transmission coefficient; and the average output of the variable power supply unit; and the control inputs of the key and controlled source are connected to the output of the control signaling device input connected to the output of the comparator. with about 00 4

Description

Изобретение относитс к электронике и радиотехнике и может быть использовано в различных устройствах автоматики, в частности, в ПИ и ПИДрегул торах непрерывного действи .The invention relates to electronics and radio engineering and can be used in various automation devices, in particular, in PI and PID regulators of continuous action.

Известны интеграторы, построенные на основе усилителей с автоматической коррекцией нулевого уровн и состо щие из основного операционного усилител (ОУ), охваченного емкостной обратной св зью, дополнительного усилител , вход которого подсоединен к выходу основного ОУ, запоминающеТо конденсатора и ключа, подключенны гк неинвертирующему входу основного |ОУ, к инвертирующему входу основного ОУ подключены источник входного тока, инвертирующий конденсатор и входной ключ, второй вывод которого подключен к общей шине интегратора Г. . Integrators based on amplifiers with automatic zero-level correction and consisting of a main operational amplifier (OU), covered by a capacitive feedback, an additional amplifier whose input is connected to the output of the main OU, connected to a non-inverting input of the main amplifier, are known OU, to the inverting input of the main OU connected input current source, inverting capacitor and input key, the second output of which is connected to the common bus integrator G..

Недостатком таких интеграторов вл етс трудность построени след щих интеграторов непрерывно измен ющб:гос уровн ВХОДНОГО воздействи .The disadvantage of such integrators is the difficulty of constructing the next integrators of continuously changing: the state level of the INPUT effect.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности вл етс интегратор с автоматической коррекци- ей нулевого уровн , содержащий ОУ, инвертирующий вход которого подключей к источнику входного тока,через первый замыкающий ключ соединен с шиной нулевого потенциала и через интегрирующий конденсатор с выходом ОУ, дополнительный усилитель, выход которого через, второй замыкающий ключ подключен к неинвертирующему входу ОУ, соединенному через первый запоминающий конденсатор с шиной нулевого потенциала, первый размыксцощий ключ включен между входом и выходом дополнительного усилител , вход которого через второй запоминающий конденсатор подключен к общему выводу последовательно соединенных третьего замыкающего и второго размыкающего ключей, включенных между выходом ОУ и шиной .нулевого потенциала С 2J .The closest to the invention to the technical essence is an integrator with automatic zero-level correction, which contains an op-amp, the inverting input of which is connected to the input current source, is connected to the zero-potential bus through the first locking switch and through an integrating capacitor with an op-amp output the output of which through, the second closing key is connected to the non-inverting input of an op-amp connected to the zero storage potential through the first storage capacitor, the first disconnecting key is turned on ene between input and output of the amplifier further having an input through the second storage capacitor connected to the common terminal of series-connected second and third closing the interrupter keys included between the output of op-amp and the tire building .nulevogo C 2J.

Недостатками известного интегратора вл ютс невозможность использова ни его в непрерывном режиме отслеживани входного воздействи и трудность изменени времени интегрировани в широких пределах, что ограничивает область применени .The disadvantages of the known integrator are the impossibility of using it in the continuous mode of tracking input effects and the difficulty of changing the integration time over a wide range, which limits the scope of application.

Цель изобретени - расширение диапазона изменени посто нной времени интегрировани и области использовани интегратора.The purpose of the invention is to expand the range of variation of the constant integration time and the scope of use of the integrator.

Дл достижени поставленной цели в интегратор с автоматической коррекцией нулевого уровн , содержсодий операционный усилитель, между инвертирующим вхЪдом и выходом которого включен интегрирующий конденсатор, управл емый источник входного тока, вход которого вл етс входом интегратора , а выход подключен к инвертирующему входу операционного усилител , первый усилитель с измен емым коэффициентом передачи, выход которого вл етс выходом интегратора, и ключ, введены второй Усилитель с .измен емым коэффициентом передачи,компаратор , формирователь управл ющего сигнала , задатчик посто нной времени интегрировани и переменный резистор включенный последовательно с ключом между.инвертирующим входом и выходом операционного усилител , соединенным с первым входом компаратора и входом первого усилител с. измен емым коэффициентом передачи, вход второго усилител с измен емым коэффициентом передачи соединен с входом интегратора , а выход подключен к второму входу компаратора, причем выход задатчика посто нной времени интегрировани соединен с управл ющими входами первого и второго усилителей с измен емым коэффициентом передачи и средним выводом переменного резистора , а управл ющие входы ключа и управл емого источника тока подключены к выходу формировател управл ющего сигнала, входом соединенного с выходом компаратора.To achieve this goal, an integrator with automatic zero-level correction contains an operational amplifier, between the inverting input and the output of which is an integrated capacitor, a controlled input current source whose input is the integrator's input, and the output connected to the inverting input of the operational amplifier, the first amplifier a variable gain, the output of which is the integrator output, and a key, are introduced a second Amplifier with variable gain, the comparator , The control signal generator, dial integration time constant and a variable resistor connected in series with a key mezhdu.invertiruyuschim input and output of the operational amplifier coupled to the first input of the comparator and the input of the first amplifier. variable transfer coefficient, the input of the second amplifier with variable transmission coefficient is connected to the integrator input, and the output is connected to the second input of the comparator, with the output of the constant integration time setting device connected to the control inputs of the first and second amplifiers with a variable transmission coefficient and average output variable resistor, and the control inputs of the key and the controlled current source are connected to the output of the control signal shaper, which is connected to the output of the comparator.

На чертеже приведена функциональна схема интегратора с автоматической коррекцией нулевого уровн .The drawing shows a functional diagram of an integrator with automatic zero level correction.

Интегратор содержит операционный усилитель ОУ 1, между инвертирующим входом 2 которого и входом интегратора 3 включен управл емый источник входного тока 4, состо щий из ОУ 5 и резисторов 6-8. Между выходом 9 ОУ 1 и его инвертирующим входом 2 подключен интегрирующий конденсатор 10, параллельно которому подключена цепь, состо ща из переменного резистора 11, управл емого задатчиком 12 посто нной времени интегрировани , и ключа 13. Кроме того, выход 9 ОУ 1 соединен с входом 14 компаратора 15 и входом 16 первого (инверсного) усилител 17 с измен емым коэффициентом передачи. Вход 18 второго (пр мого) усилител 19 с измен емым коэффициентом передачи соединен с входом интегратора 3, а его выход 20 соединен с входом 21 компаратора 15, выход 22 которого соединен с входом 23 формировател управл ющего сигнала 24, который управл ет ключом 13 и по управл ющему входу 25 управл емый источником входного тока 4. Выход задатчика 12 соединен с управл ющими входами 26 и 27 первого 19 и второго 17 усилителей с измен емым коэффициентом передачи и средним выводом переменного резистора 11. Ключ 28 управл етс с выхода формировател 24. Интегратор работает в режиме автоматического отслеживани измен ющегос уровн входного воздействи . с посто нной времени Тц , которую можно измен ть программно в широких пределах (3-3000) с. Схема работает следующим образом С помощью программного блока зад чика Тц 12 автоматически или .вручну дискретно или .плавно можно измен ть коэффициент усилени второго (пр мого ) усилител 19 и первого (инверсного ) усилител 17, а также величину переменного резистора 11. Выходное напр жение пр мого усилител 19 вл етс опорным дл входа 21 компаратора 15, на второй вхо 14 которого поступает линейно-измен ющее напр жение с выхода 9 ОУ 1. Ск рость изменени этого напр жени за висит от посто нной времени рез исто ра 8 и конденсатора 10, от коэффициента усилени источника входного тока и от величины самого входного воздействи ди. Величина опорного напр жени на входе 21 компаратора 15 также зависит от величины ди и коэффициента усилени (пр мого) усилител 19. Если источник 4 и усилитель 19 работают в линейных усилительных ре жимах, то врем , в течение которого линейно-измен ющеес напр жение на входе 21,- будет посто нным, не зави с щим от величины входного воздействи MJ , а будет зависеть толь . ко параметра Rg С резистора , 8 и конденсатора 10 и коэффициента усилени К1 усилител 19. Так, как Тц-Rg , К1,а Rg С, в данном случае величина посто нна , то праграммным изменением коэффицие та Kl посто нную интегрировани Тц можно измен ть, в широких пределах. При изменении входного воздейств на величину UU на входе 3 источник входного тока 4 выдает в цепь ийтегрировани по входу 2 ОУ 1 ток, под действием которого на выходе 9 ОУ 1 по вл етс линейно-измен ющее напр жение, которое поступает на вход 14 компаратора 15 и вход 16 инверсного усилител 17. Это напр жение сравниваетс с опорным напр жением компаратора 15, поступающим на вход 21 с выхода пр мого усилител 19, величина крторого Зависит от величины входного воз действи и от коэффициента усилени KL пр мого усилител 19. При достижении выходного напр жейи с ОУ1 на входе 14 компаратора 15 величины опорного напр жени на входе 21, на выходе 22 его по вл етс сигнал , воздействующий на формирова-. Тель 24. . Ключ 13, за1 «лка сь, шунтирует интегрирующий конденсатор 10 переменным резистором 11, величина которого К , а ключ 28 замыка сь, шунтирует резистор 7. С этого момента интегрируннций конденсатор 10 прекращает зар жатьс и, если J на входе 3 не будет далее измен тьс , на выходе 9 ОУ1 будет поддерживатьс посто нна величина напр жени , равна Д.и1Ц , а на выходе инверсного усилител 17 будет поддерживатьс напр жение, равное величине ди после Срабатывани компаратора 15, так как коэффициент усилени инверсного усилител 17 равен .. Точность автоматического поддерживани неизменным уровн напр жени на в лходе 29 интегратора будет определ тьс величиной гистерезиса компас ратора 15 и посто нной времени .1Jit. К( R . При дальнейшем изменении входного воздействи любого знака интегратор начинает отрабатывать на выходе 29 его интеграл . с дальнейшим автоматическим поддержанием неизменным уровн напр жени ZU UO+AU . Таким образом, в предлагаемом-интеграторе расширение диапазона изменени посто нной времени достигаетс тем, что вс кое изменение капр жени любого знака на входе вызывает линейное изменение напр жени на выходе с помощью масштабных усилителей , управл екых задатчиком от ЭВМ или вручную. Это изменениепосто нной времени интегрировани производитс без изменени парамет зов интегрирующей цепи RftH интегратора . После отработки приращени напр жени на входе интегратор. будет авто матически поддерживать на выходе напр жение , равное сумме начального напр жени и приращени . . . В частном случае устройство будет автоматически поддерживать нулевое выходное напр жение при нулевом входном.The integrator contains an op-amp operational amplifier 1, between which inverting input 2 and the integrator input 3 is a controlled input current source 4, consisting of an op-amp 5 and resistors 6-8. Between the output 9 of the shelter 1 and its inverting input 2, an integrating capacitor 10 is connected, in parallel with which is connected a circuit consisting of a variable resistor 11 controlled by a setpoint 12 of a constant integration time and a switch 13. In addition, the output 9 of the shelter 1 is connected to the input 14 of the comparator 15 and the input 16 of the first (inverse) amplifier 17 with variable transmission coefficient. The input 18 of the second (direct) amplifier 19 with a variable transmission coefficient is connected to the input of the integrator 3, and its output 20 is connected to the input 21 of the comparator 15, the output 22 of which is connected to the input 23 of the control signal generator 24, which controls the key 13 and control input 25 is controlled by an input current source 4. Output setting 12 is connected to control inputs 26 and 27 of the first 19 and second 17 amplifiers with a variable transfer coefficient and the middle output of the variable resistor 11. The key 28 is controlled from the output of the driver 24. Integra The ator operates in the automatic tracking mode of a variable input level. with a constant TC time, which can be programmatically varied over a wide range (3-3000) s. The circuit works as follows With the help of the program block of the TC 12, the gain of the second (direct) amplifier 19 and the first (inverse) amplifier 17, as well as the value of the variable resistor 11 can be changed discretely or discretely. The output voltage the direct amplifier 19 is the reference for the input 21 of the comparator 15, the second input 14 of which receives the linear-varying voltage from the output 9 of the op-amp 1. The rate of change of this voltage depends on the time constant of the source 8 and the capacitor 10 from odds This amplification of the input current source and the magnitude of the input effect itself. The magnitude of the reference voltage at the input 21 of the comparator 15 also depends on the magnitude of the di and the gain (direct) of the amplifier 19. If the source 4 and the amplifier 19 operate in linear amplification modes, the time during which the linearly varying voltage to input 21, - will be constant, not dependent on the magnitude of the input action MJ, but will only depend on. To the parameter Rg C of the resistor, 8 and the capacitor 10 and the gain K1 of the amplifier 19. Since TC-Rg, K1, and Rg C, in this case, the value is constant, then by a constant change of the coefficient Kl, the integration constant TC can be changed , in a wide range. When the input action changes on the value of UU at input 3, the input current source 4 outputs to the integration circuit of input 2 of op-amp 1 current, under the action of which, at output 9 of op-amp 1, a linear-varying voltage appears, which enters input 14 of the comparator 15 and the input 16 of the inverse amplifier 17. This voltage is compared with the reference voltage of the comparator 15, which is fed to the input 21 from the output of the direct amplifier 19, the magnitude of the second depends on the magnitude of the input effect and the gain KL of the direct amplifier 19. When the output for example eyi OU1 with the inlet 14 of the comparator 15, the reference voltage value at the inlet 21, outlet 22 is at its signal acting on the formation. Tel 24.. The key 13, for 1 ”, shunts the integrating capacitor 10 with a variable resistor 11, the magnitude of which is K, and the key 28 closes, shunts the resistor 7. From this moment the integrator capacitor 10 stops charging and, if J does not change further at input 3 At the output 9, the OU1 will maintain a constant voltage equal to D.I1C, and the output of the inverse amplifier 17 will maintain a voltage equal to the di value after the Comparator 15 triggers, since the gain of the inverse amplifier 17 is equal to .. The accuracy of the automatic eskogo maintain the constant voltage level on a lhode integrator 29 will be determined by the hysteresis value Rhatore compass 15 and permanently .1Jit constant time. To (R.) With a further change in the input action of any sign, the integrator begins to work out its integral at the output 29. With the automatic maintenance of the voltage level ZU UO + AU further. Thus, in the proposed integrator, the extension of the range of constant time is achieved by Any change in the capacitance of any sign at the input causes a linear change in the voltage at the output with the help of large-scale amplifiers controlled by a computer or manually controlled. This is done without changing the integrator RftH integrator circuit parameters. After working up the voltage increments at the input, the integrator will automatically maintain the output voltage equal to the sum of the initial voltage and the increment. In the particular case, the device will automatically maintain zero output voltage with zero input.

Claims

AUTOMATIC ’ZERO CORRECTION, containing an operational amplifier, between the inverting input and the output of which an integrating capacitor is switched on, a controlled input current source,. the input of which is the integrator’s input, and the output is connected to the inverting input of the operational amplifier, the first amplifier with a variable transfer coefficient, the output of which is the integrator’s output, the key is characterized in that, in order to expand the range of variation of the integration time constant and the area of use of the integrator, a second amplifier with a variable transmission coefficient, a comparator, a driver of the control signal, an integrating time constant adjuster and a variable resistor are included in it, incl. connected in series with the key between the inverting input and the output of the operational amplifier, connected to the first input of the comparator and the input of the first amplifier with a variable transmission coefficient, the input of the second amplifier with a variable transmission coefficient is connected to the input of the integrator, and the output is connected to the second input of the comparator, and the output to the master the integration time constant is connected to the control inputs of the first and second amplifiers with a variable transmission coefficient and the average output of a variable resistor, and yn branching inputs of a key and a controlled source of current to iodine

The terms to the output of the driver of the control signal, the input connected to the output of the comparator.