Интегрирующее устройство Советский патент 1984 года по МПК G06G7/186 

Изобретение относится к аналоговой вычислительной технике и может быть использовано для реализации операции интегрирования, например в , аналоговых вычислительных машинах. Известны устройства, в которых для повышения точности операции интегрирования используются операционные усилители (ОУ) с большим коэффициентом усиления tl и С2 , Недостатком известных устройств является наличие погрешности от интегрирования напряжения смещения и входных токов используемого . Для устранения этого недостатка необходимо принятие специальных мер по компенсации этой ошибки интегрирования tl З. Наиболее близким к предлагаемому является интегрирующее устройство, содержащее резистор, конденсатор, источник напряжения, основной операционный усилитель, выход которого, являющийся одновременно и выходом устройства, через конденсатор соединен с инвертирующим входом основного ОУ, который через последовательно соединенные резистор и источник входного напряжения соединен с общим проводом устройства, и дополнительный ОУ, неинвертирующий вход которого через первый резистор соединен с общим проводом устройства, а инвертирующий вход через второй резистор соединен с выходом основного ОУ и через третий резистор - с выходом своего ОУ, который через четвертый резистор соединен с неинвертирующим входом основного ОУ и первым выводом шунтирующего конденсатора, второй вы вод которого соединен с общим проводом устройства. Для устранения ошибки интегрирова ния, обусловленной наличием напряжения смещения и входных токов реально го ОУ в схеме интегратора-прототипа предусмотрен компе.нсирующий канал, собранный на дополнитешьном ОУ. Этот ОУ обеспечивает на неинвертирующем входе основного ОУ напряжение постоянного тока, пропорциональное постоянной составляющей выходного напряже ния интегратора. Это напряжение вычи тается из напряжения ошибки интегрирования и при соответствующем выборе параметров схемы компенсирует ее 4 Недостатком прототипа является снижение точности операции интегриро вания из-за снижения качества фильтрации переменной составляющей на неинвертирующем входе интегратора при низких частотах входного сигнала. Целью изобретения является повыше ние точности интегрирования низкочас тотных сигналов. Поставленная цель достигается тем что в интегратор, содержащий основной операционный усилитель, инвертирующий вход которого через первый масштабный резистор соединен с источником входного напряжения, интегрирующий конденсатор г включенный между инвертирующим входом и выходом основного операционного усилителя, являющимся выходом устройства, дополнительный операционный усилитель, неинвертирующий вход которого через второй масштабный резистор соединен с шиной нулевого потенциала, а инвертирующий вход через третий масштабный резистор подключен к выходу основного операционного усилителя и через четвертый масштабный резистор - к выходу дополнительного операционного усилителя, соединенному через пятый масштабный резистор с неинвертирующим входом основного операционного усилителя и первой обкладкой запоминающего конденсатора, вторая обкладка которого подключена к шине нулевого потенциала, введены .шестой масштабный резистор и разделительный конденсатор, соединенные последовательно и включенные между неинвертирующим входом дополнительного операционного усилителя и выходом основного операционного усилителя. На чертеже представлена схема предлагаемого устройства. Интегрирующее устройство содержит источник входного напряжения 1, первый масштабный резистор 2, интегрирующий конденсатор 3, основной 4 и дополнительный 5 операционные усилители, второй б, третий 7, четвертый 8, пятый 9 и шестой 10 масштабные резисторы, запоминающий 11 и разделительный 12 конденсаторы. Устройство работает следующим образом. Собственно операция интегрирования сигнала, поступающего с источника входного Напряжения 1, происходит на основном ОУ 4, причем параметры интегрирования определяются сопротивлением резистора 2 и емкостью конденсатора 3. Для компенсации ошибки, обусловленной процессом интегрирования, напряжения смещения и входных токов, пpиciтcтвyющиx на входе ОУ 4, используется компенсирующий канал, собранный на дополнительном ОУ 5. Из-за наличия разделительного конденсатора 12 на неинвертирующем входе ОУ 5 присутствует только переменная составляющая выходного напряжения ОУ 4, причем величина его определяется соотношением сопротивлений резисторов б и 10 1 влияние реактивного сопротивления конденсатора 12 пренебрежимо мало ), Дифференциальное вклюение ОУ 5 при соответствующем выбое сопротивлений резисторов б, 7, 8, 10 обеспечивает подавление переменной составляющей выходного напряжения ОУ 4 на выходе ОУ 5 и создает напряжение постоянного тока, которое компенсирует напряжение ошибки интегрирования. Резистор 9 и конден сатор 11 обеспечивают дополнительную фильтрацию переменной составляющей выходного напряжения ОУ 5, которая может появиться вследствие какоголибо разбаланса схемы. Положительный эффект, получаемый при использовании предлага1емого устройства, можно подтвердить расчетом. Выходное напряжение интегратора Лвыходное напряжение ОУ 4JU,jj равно +U. ... .„. . (1) М --П Вых бх jwRpC fl+jwRC, где Ugx входное напряжение интеграUJ - частота входного напряжения и - выходное напряжение ОУ 5} Кд и R - сопротивления реэисторор ,2 и 9; С и CQ- емкости конденсаторов 3 и 11 В свою очередь, вьлходное напряже1ние ОУ 5 равно -(.1и и -f -U«Mr-F (r Ро1 1 1 . ВЫХ iW где Z, : 02 сопротивления рези сторов б ; 7 и 8. Подставляя выражение (2) в выр жение (1) после преобразований, п лучим. (-У1, (Я ность интегрирования. При условии loR как и в случае интегратора-прототипа} , что обеспечивается соответствующим выбором сопротивления R резистора 10 и емкости Ср конденсатора 12, погрешность интегрирования имеет вид где R - сопротивление резистора 10, Ср - емкость конденсатора 12. Из выражения (4) видно, что при выполнении условия R(,R и ROI погрешность интегрирования -у равна нулю, а функция передачи интегратора становится линейной. Таким образом, погрешность интегрирования -у , при равных условиях со схемой интегратора-прототипа (u)), может быть сведена к нулю путем соответствующего выбора резисторов компенсирующего канала, в отличие от интегратора-прототипа, где погрешность интегрирования у не равна нулю. Все приведенные расчеты доказывают повьпиение точности интегрирования низкочастотных входных сигналов по сравнению с прототипом, что и обуславливает технико-экономическую эффективность предложенного устройства.

ИНТЕГРИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО, содержащее основной ьперационный усилитель, инвертирующий вход которого через первый масштабный резистор соединен с источником входного напряжения, интегрирующий конденсатор, включенный между инвертирующим входом и, выходом основного операционного усилителя, являющимся выходом устройства, дополнительный операционный усилитель, неинвертирующий вход которого через второй масштабный резистор соединен с шиной нулевого потенциала, а инвертирующий вход через третий масштабный резистор подключен к выходу основного onepatyiOHHoro усилителя и через четвертый масштабный резистор - к выходу дополнительного операционного усилителя, соединенному через пятый масштабный резистор с неинвертирующим входом основного операционного усилителя и первой обкладкой запоминающего конденсатора 55 вторая обкладка которого подключена сл к шине нулевого потенциала, отличающееся тем, что, с целью повышения точности интегрирования низкочастотных сигналов, в устройство введены шестой масштабный резистоЕ и разделительный конденсатор, соединенные последовательно и включенные между неинвертирующим входом дополнительного операционного усилителя и выходом основного операционного усилителя. ел со о со