Интегратор с автоматической коррекцией нулевого уровня Советский патент 1983 года по МПК G06G7/186 

Изобретение относится к электронике и радиотехнике и может быть использовано в различных устройствах автоматики, в частности, в ПИ и ПИДрегуляторах непрерывного действия.

Известны интеграторы, построенные на основе усилителей с автоматической коррекцией нулевого уровня и состоящие из основного операционного усилителя (ОУ), охваченного емкостной обратной связью, дополнительного усилителя, 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. .

Недостатком таких интеграторов является трудность построения следящих интеграторов непрерывно изменяющб:гося уровня ВХОДНОГО воздействия.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является интегратор с автоматической коррекци- ей нулевого уровня, 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 усилителя, 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 .

Недостатками известного интегратора являются невозможность использова ния его в непрерывном режиме отслеживания входного воздействия и трудность изменения времени интегрирования в широких пределах, что ограничивает область применения.

Цель изобретения - расширение диапазона изменения постоянной времени интегрирования и области использования интегратора.

Для достижения поставленной цели в интегратор с автоматической коррекцией нулевого уровня, содержсодий операционный усилитель, между инвертирующим вхЪдом и выходом которого включен интегрирующий конденсатор, управляемый источник входного тока, вход которого является входом интегратора, а выход подключен к инвертирующему входу операционного усилителя, первый усилитель с изменяемым коэффициентом передачи, выход которого является выходом интегратора, и ключ, введены второй Усилитель с .изменяемым коэффициентом передачи,компаратор, формирователь управляющего сигнала, задатчик постоянной времени интегрирования и переменный резистор включенный последовательно с ключом между.инвертирующим входом и выходом операционного усилителя, соединенным с первым входом компаратора и входом первого усилителя с. изменяемым коэффициентом передачи, вход второго усилителя с изменяемым коэффициентом передачи соединен с входом интегратора, а выход подключен к второму входу компаратора, причем выход задатчика постоянной времени интегрирования соединен с управляющими входами первого и второго усилителей с изменяемым коэффициентом передачи и средним выводом переменного резистора, а управляющие входы ключа и управляемого источника тока подключены к выходу формирователя управляющего сигнала, входом соединенного с выходом компаратора.

На чертеже приведена функциональная схема интегратора с автоматической коррекцией нулевого уровня.

Интегратор содержит операционный усилитель ОУ 1, между инвертирующим входом 2 которого и входом интегратора 3 включен управляемый источник входного тока 4, состоящий 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, состоящая из переменного резистора 11, управляемого задатчиком 12 постоянной времени интегрирования, и ключа 13. Кроме того, выход 9 ОУ 1 соединен с входом 14 компаратора 15 и входом 16 первого (инверсного) усилителя 17 с изменяемым коэффициентом передачи. Вход 18 второго (прямого) усилителя 19 с изменяемым коэффициентом передачи соединен с входом интегратора 3, а его выход 20 соединен с входом 21 компаратора 15, выход 22 которого соединен с входом 23 формирователя управляющего сигнала 24, который управляет ключом 13 и по управляющему входу 25 управляемый источником входного тока 4. Выход задатчика 12 соединен с управляющими входами 26 и 27 первого 19 и второго 17 усилителей с изменяемым коэффициентом передачи и средним выводом переменного резистора 11. Ключ 28 управляется с выхода формирователя 24. Интегратор работает в режиме автоматического отслеживания изменяющегося уровня входного воздействия. с постоянной времени Тц , которую можно изменять 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 изменять коэффициент усиления второго (прямого) усилителя 19 и первого (инверсного) усилителя 17, а также величину переменного резистора 11. Выходное напряжение прямого усилителя 19 является опорным для входа 21 компаратора 15, на второй вхо 14 которого поступает линейно-измен ющее напряжение с выхода 9 ОУ 1. Ск рость изменения этого напряжения за висит от постоянной времени рез исто ра 8 и конденсатора 10, от коэффициента усиления источника входного тока и от величины самого входного воздействия ди. Величина опорного напряжения на входе 21 компаратора 15 также зависит от величины ди и коэффициента усиления (прямого) усилителя 19. Если источник 4 и усилитель 19 работают в линейных усилительных ре жимах, то время, в течение которого линейно-изменяющееся напряжение на входе 21,- будет постоянным, не зави сящим от величины входного воздействия MJ , а будет зависеть толь. ко параметра Rg С резистора , 8 и конденсатора 10 и коэффициента усиления К1 усилителя 19. Так, как Тц-Rg , К1,а Rg С, в данном случае величина постоянная, то праграммным изменением коэффицие та Kl постоянную интегрирования Тц можно изменять, в широких пределах. При изменении входного воздейств на величину UU на входе 3 источник входного тока 4 выдает в цепь ийтегрирования по входу 2 ОУ 1 ток, под действием которого на выходе 9 ОУ 1 появляется линейно-изменяющее напряжение, которое поступает на вход 14 компаратора 15 и вход 16 инверсного усилителя 17. Это напряжение сравнивается с опорным напряжением компаратора 15, поступающим на вход 21 с выхода пря мого усилителя 19, величина крторого Зависит от величины входного воз действия и от коэффициента усиления KL прямого усилителя 19. При достижении выходного напряжейия с ОУ1 на входе 14 компаратора 15 величины опорного напряжения на входе 21, на выходе 22 его появляется сигнал, воздействующий на формирова-. Тель 24. . Ключ 13, за1 «лкаясь, шунтирует интегрирующий конденсатор 10 переменным резистором 11, величина которого К , а ключ 28 замыкаясь, шунтирует резистор 7. С этого момента интегрируннций конденсатор 10 прекращает заряжаться и, если J на входе 3 не будет далее изменяться, на выходе 9 ОУ1 будет поддерживаться постоянная величина напряжения, равная Д.и1Ц , а на выходе инверсного усилителя 17 будет поддерживаться напряжение, равное величине ди после Срабатывания компаратора 15, так как коэффициент усиления инверсного усилителя 17 равен .. Точность автоматического поддерживания неизменным уровня напряжения на в лходе 29 интегратора будет определяться величиной гистерезиса компас ратора 15 и постоянной времени .1Jit. К( R . При дальнейшем изменении входного воздействия любого знака интегратор начинает отрабатывать на выходе 29 его интеграл . с дальнейшим автоматическим поддержанием неизменным уровня напряжения ZU UO+AU . Таким образом, в предлагаемом-интеграторе расширение диапазона изменения постоянной времени достигается тем, что всякое изменение капряжения любого знака на входе вызывает линейное изменение напряжения на выходе с помощью масштабных усилителей, управляекых задатчиком от ЭВМ или вручную. Это изменениепостоянной времени интегрирования производится без изменения парамет зов интегрирующей цепи RftH интегратора. После отработки приращения напряжения на входе интегратор. будет авто матически поддерживать на выходе напряжение, равное сумме начального напряжения и приращения. . . В частном случае устройство будет автоматически поддерживать нулевое выходное напряжение при нулевом входном.

ИНТЕГРАТОР С АВТОМАТИЧЕСКОЙ КОРРЕКЦИЕЙ НУЛЕВОГО УРОВНЯ, содержащий операционный усилитель, между инвертирующим входом и выходом которого включен интегрирующий конденсатор управляекый источник входного тока, . вход которого является входом интегратора, а выход подключен к инвертируюмему входу операционного усилителя, первый усилитель с изменяемом коэффициентом передачи, которого является выходом интегратора, и ключ, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона изменения постоянной времени интегрирования и области ибпользования интегратора, в. него введены второй усилитель с изменяемым коэффициентом передачи, компаратор, формиро-г ватель управляющего сигнала, эадатчик постоянной времени интегрирования и переменный резистор, включенюлй последовательно с ключом между инвертирующим входом и выходом операционного усилителя, соединенный с первым входом кбмпаратора и входом первого усилителя с изменяемым коэффициентом передачи, вход второго усилителя с изменяемом коэффициентом передачи соединен с входом интегратора, а выход подключен к второму, входу компаратора, причем выход задатчику постоянЯЪй времени интегри(Л рования соединен с управляющими входами первозсю и второго усилителей с изменяемым коэффициентом передачи ;и средним выводом переменного резне- тора, а управляющие входы ключа и управляемого источника токи г одключены к выходу формирователя управляющего сигнала, входом соединенного с выходом компаратора. со о 00 4