Изобретение относится к вычислительной технике и автоматике и предназначено для длительного интегрирования сигнала от незаземленного источника или разности сигналов двух источников, имеющих общую землю.
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.
Цель изобретения - расширение функциональных возможностей интегратора за счет интегрирования сигнала от незаземленного источника (дифференциальный выход усилителя, изолированный датчик и т.п.).
На фиг. 1 представлена электрическая схема интегратора; на фиг. 2 - диаграмма его работы.
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.
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.
Интегратор работает следующим образом.
Устройство управления ключами вырабатывает интервал сброса tсбр. для ключа 7 и интервалы коммутации tком 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 tком. (Vc2 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 tком (Vc3 на фиг. 2в). Затем переключатели 4, 5 и 6 возвращаются в исходное положение и цикл повторяется. Всего происходит N переключений, где N = Tинт/tком, Тинт - полное время интегрирования сигнала Е. Затем осуществляется сброс.
Напряжение на конденсаторах 2 и 3 равно
Vc2= - E(n)dt;
Vc3= - (-E(n))dt.
Если сопротивление резистора 8 значительно больше сопротивления резистора 9, а конденсаторы 2 и 3 идентичны, то, выбирая время коммутации tком достаточно малым в сравнении с Тинт, можно с необходимой точностью получить
Vc2= - Edt;
Vc3= - (-E)dt= Edt, где R - сопротивление резистора 8;
С - емкость конденсаторов 2, 3.
Напряжение на выходе интегратора
Vвых=Vc2-Vc3= - Edt.
(см. фиг. 2г).
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:
Vc2 = Vпол.1 +Vпогр.1;
Vc3 = Vпол.2 + Vпогр.2, где Vпол.1 и Vпол.2 - величина полезного сигнала на конденсаторах 2 и 3;
Vпогр.1 и Vпогр.2 - величина погрешности на конденсаторах 2 и 3.
В силу идентичности конденсаторов 2 и 3, а также в силу применения одного операционного усилителя Vпогр.1 = Vпогр.2. Следовательно, сигнал на выходе интегратора
Vвых = Vc2 - Vc3 = Vпол.1 - Vпол.2
Поскольку Vпол.2 = -Vпол.1, то
Vвых. = Vпол.1 - (-Vпол.2) = 2 Vпол.1 = Vпол.
Таким образом, введение дополнительного ключа позволяет интегрировать сигнал от незаземленного источника, устраняя при этом ошибку интегрирования.
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.
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.
название | год | авторы | номер документа |
---|---|---|---|
Интегратор | 1989 |
|
SU1764063A1 |
Интегратор | 1983 |
|
SU1198546A1 |
Интегратор | 1979 |
|
SU847330A1 |
Интегратор | 1983 |
|
SU1088017A1 |
Интегратор | 1978 |
|
SU855674A1 |
Интегратор | 1978 |
|
SU748439A1 |
Интегратор | 1979 |
|
SU834715A1 |
Интегратор | 1984 |
|
SU1161963A1 |
Интегратор с запоминанием | 1984 |
|
SU1228122A1 |
Устройство для интегрирования знакопеременных сигналов с запоминанием промежуточных значений | 1985 |
|
SU1275484A1 |
Изобретение относится к вычислительной технике и автоматике и предназначено для длительного интегрирования сигнала от незаземленного источника или разности сигналов двух источников, имеющих общую землю. Интегратор содержит операционный усилитель 1,2,3, переключатели 4,5 и 6, ключ 7, масштабные резисторы 8 и 9, блок 10 синхронизации, алгебраический сумматор 11. 2 ил.
ИНТЕГРАТОР, содержащий операционный усилитель, два интегрирующих конденсатора, два масштабных резистора, алгебраический сумматор, выход которого является выходом интегратора, а суммирующий и вычитающий входы соединены с первыми обкладками первого и второго интегрирующих конденсаторов, вторая обкладка первого конденсатора соединена с инвертирующим входом операционного усилителя и с первым выводом первого масштабного резистора, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и расширения области применения, в него введены три переключателя, ключ и блок синхронизации, выход операционного усилителя соединен через первый переключатель с первыми обкладками первого и второго интегрирующих конденсаторов, неинвертирующий вход операционного усилителя подключен к шине нулевого потенциала и к первому выводу масштабного резистора, вторые выводы первого и второго масштабных резисторов через второй и третий переключатели подключены к первому и второму входам интегратора соответственно, выход операционного усилителя соединен со своим инвертирующим входом через ключ, управляющие входы переключателей соединены с первым выходом блока синхронизации, второй выход которого соединен с управляющим входом ключа.
Аналоговый интегратор | 1979 |
|
SU834714A1 |
Приспособление для точного наложения листов бумаги при снятии оттисков | 1922 |
|
SU6A1 |
Авторы
Даты
1994-09-30—Публикация
1990-05-15—Подача