SU834715A1 - Интегратор - Google Patents

Description

(54) ИНТЕГРАТОР

1

Изобретение относитс  к вычислительной и импульсной технике, предназначено дл  выполнени  интегрировани  и других линейных операций в аналоговых вычислительных машинах и может быть использовано в измерительной технике.

Известны интеграторы, содержащие интегрирующую RC-цепь и инвертирующий усилитель, выход которого подключен к конденсатору , а вход - к точке соединени  R и С. В таком устройстве выходное напр жение пропорционально интегралу входного. Наличие в интеграторе усилител  с коэффициентом усилени  К позвол ет уменьщить погрешность интегрировани  приблизительно в К раз 1.

Недостаток его заключаетс  в относительно низкой точности интегрировани , которое выполн етс  с погрешностью от единиц процентов по дес тых долей процента.

Наиболее близким по технической сущности  вл етс  интегратор, состо щий из дифференциального операционного усилител , инвертирующий вход которого подключен ко входу RC-цепи, а неинвертирующий заземлен через резистор. Выход усилител  подключен к другому выводу конденсатора.

Параллельно конденсатору подсоединен электронный ключ. Источник входного сигнала U«x.(t) подключаетс  на вход интегратора со стороны резистора RC-цепи.

На точность интегрировани  оказывает вли ние нелинейность передаточной функции интегратора, котора  определ етс  двум  факторами: напр жение на конденсаторе при его зар де через резистор измен етс  по экспоненте, а не по пр мой; параллельно конденсатору подключено сопротивление ключа, наличие которого измен ет велину и форму передаточной функции, усугубл   ее нелинейность.

Передаточна  функци  с учетом шунтирующего вли ни  сопротивлени  ключа RK описываетс  выражением, представленным в виде разложени  в р д Маклорена

-к|:|,-Йг-- Й- -Ь

где 2 (1 + К) RC,

где к - коэффициент передачи.

Первый член этого выражени  представл ет собой идеально линейную пр мую, а второй - параболическое отклонение от этой пр мой. Члены высших пор дков весьма малы. Их вли нием пренебрегают 2.

Недостаток такого интегратора заключаетс  в том, что его параметры Т, (1 + -«ЮНС, R к ограничивают точность интегрировани , а вли ние параметра R принципиально не устранимо.

Цель изобретени  - повышение точности интегрировани  за счет значительного ослаблени  вли ни  посто нной времени (за счет ее увеличени ) и полного исключени  вли ни  шунтирующего действи  сопротивлени  ключа.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в интегратор, содержащий последовательно соединенные первый масштабный резистор и интегрирующий конденсатор, включенные между входом и выходом интегратора, дифференциальный операционный усилитель, инвертирующий вход которого подключен к общему выводу первого масщтабного резистора и интегрирующего конденсатора, а неинвертирующий вход через второй резистор подключен к щине нулевого потенциала, и ключ, вход которого подключен к -выходной обкладке интегрирующего конденсатора, введены усилитель тока и токовый повторитель , управл ющий потенциальный вход которого подключен к выходу дифференциального операционного усилител , а токовый вход соединен с общим выводом интегрирующего конденсатора и ключа, второй вывод которого подключен к щине нулевого потенциала, токовые выходы токового повторител  соединены со входами токового усилител , выход которого подключен к инвертирующему входу дифференциального операционного усилител .

На чертеже схематически представлен интегратор.

Первый масщтабный резистор 1 соединен с интегрирующим конденсатором 2, инвертирующим входом дифференциального операционного усилител  3 и выходом усилител  тока 4. Второй масштабный резистор 5 одним выводом подключен к неинвертирующему входу дифференциального операционного усилител  3, другим - к щине нулевого потенциала . Выход дифференциального операционного усилител  3 подсоединен к управл ющему потенциальнрму входу токового повторител  6. Токовый вход повторител  6 подключен к интегрирующему конденсатору 2 и ключу 7, другой вывод которого соединен с шиной нулевого потенциала. Два токовых выхода повторител  6 соединены со входами усилител  тока 4.

Интегратор работает следующим образом .

В исходном состо нии электронный ключ 7 открыт. Токовый вход повторител  6 закорочен на щину нулевого потенциала. В таком режиме токовый повторитель 6 работает как усилитель н-апр жени  с большим коэффициентом усилени . Схема интегратора в рассматриваемом состо нии представл ет собой трехкаскадный усилитель, состо щий из дифференциального операционного усилител  3, токового повторител  6 и усилител  тока 4, охваченного отрицательной обратной св зью, т.е. выход усилител  тока 4 соединен с инвертирующим входом дифференциального операционного усилител  3. foK от источника сигнала (не показан) через резистор 1 замыкаетс  на выход усилител  тока 4. Напр жение на инвертирующем входе усилител  3, на электронном ключе 7 и на выходе усилител  тока 4 равно нулю. Вследствие этого напр жение между выводами конденсатора также равно нулю и он не может зар жатьс . В заданный момент времени на вход ключа 7 приводит управл ющий импульс. Ключ 7 переходит

в непровод щее состо ние. Коэффициент усилени  напр жени  токового повторител  6 становитс  равным единице. Конденсатор 2 начинает зар жатьс  по цепи от источника сигнала через резистор 1 и токовый вход повторител  6. Ток зар да конденсатора 2 повтор етс  в одном (в зависимости от пол рности напр жени  источника сигнала ) из выходов токового повторител  6 и поступает на вход усилител  тока-4 и усиливаетс  в К i раз. Выходной ток усилител  тока 4 протекает через резистор 1. Таким образом , через резистор 1 протекает ток, ра вный сумме тока зар да конденсатора 2 6 и выходного тока усилител  4 Ki io, т.е. i, (1 + Kj). Посто нна  времени увеличиваетс  в (1 + KI) раз. Зар д конденсатора 2 током i осуществл етс  до тех пор, пока ключ 7 находитс  в непровод щем состо нии . Выходное напр жение, пропорциональное интегралу входного, формируетс  в точке соединени  конденсатора 2 с токовым входом повторител  6 и ключом 7. Сопротивление ключа 7 не щунтирует конденсаторы и, следовательно, не измен ет посто нной времени. По истечении времени интегрировани  Т ключ 7 переходит в провод щее состо ние и происходит быстрый разр д конденсатора через открытый ключ 7 и выход усилител  тока 4.

Предлагаемый интегратор отличаетс  повыщенной точностью интегрировани , котора  достигнута за счет того, что в нем полностью устранено шунтирующее действие электронного ключа и в (1 Ч- Kj,) раз увеличена посто нна  времени цепи зар да конденсатора.

Claims (2)

1.Смолов В. Б. и др. Гибридные вычислительные устройства с дискретно управл емыми параметрами. Л., .«Мащиностроение , 1977.

2.Муттер В. М. и др. Проектирование аналого-цифровых систем на интегральных схемах. Л., «Машиностроение, 1976, с. 114, (прототип).