Интегрозадающее устройство Советский патент 1984 года по МПК G06G7/186 

1

Изобретение относится к аналоговым вычислительным машинам и может быть использовано в качестве командного -устройства в автоматизированных электроприводах.

Известно интегрозадающее устройст во, в которое входят два усилителя постоянного тока, первый из них охва чен нелинейной обратной связью с узлом отсечки, а второй имеет парафазный выход и охвачен гибкой обратной связью С11.

Однако это устройство сложное, характеризуется неустойчивой величиной выходного напряжения, но основной недостаток - зависимость времени отработки задания от величины входного напряжения.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является интегрозадающее устройство, содержащее два усилителя постоянного тока, неинвертирующий вход первого из них через первый резистор соединен с входом устройства, а в цепи обратной связи второго усилителя включен конденсатор. Выход второго усилите.ля является выходом устройства, инвертирующий вход подключен к первому выводу второго резистора и через третий резистор соединен с входом устройства, выход усилителя через четвертый резистор подключен к неинвертирующему входу первого усилителя. Выход первого усилителя через разделительный диод соединен с вторым выводом второго резистора, Инвертирующий вход первого усилителя и неинвертирующий вход второго усилите ля связаны с шиной нулевого потен1щала 23,

Недостатком известного устройства является непостоянство величины выходного напряжения в статическом режиме,, так как первый усилитель, периодически переключаясь, ставит второй усилитель в режим непрерывного интегрирования.

На выходе устройства появляется плавно изменяемое напряжение с огибающей, близкой к треугольной форме. Кроме того, длительность интегрирования зависит от величины входного напряжения и не обеспечивается независимая регулировка скорости нарастания анода выходного напряжения.

Цель изобретения - повышение стабильности и расширение диапазона регулирования времени интегрирования

150672

Поставленная цель достигается тем, что в интегрозадающем устройстве, содержащем первый операционный усилитель, к инвертирующему входу которого подключены первая обкладка интегрирующего конденсатора и первьй вывод первого масштабного резистора, второй масштабньй резистор, первый вывод которого подключен к второй обQ кладке интегрирующего конденсатора и к выходу устройства, второй операционный усилитель и третий и четвертый масштабные резисторы, вторая обкладка интегрирующего конденсатора подключена к выходам первого и второго операционных усилителей соотответственно через третий и четвертый масштабные резисторы, второй вьшод второго Масштабного резистора соединен с входом устройства, инвертирующий вход второго операционного усилителя подключен к первому выводу первого масштабного резистора, второй вывод которого соединен с шиной нулевого потенциала, а неинвертирующие входы первого и второго операционных усилителей подключены к разнополярным источникам напряжения смещения .

На фиг. 1 представлена схема интегрозадающего устройства; на фиг. 2 временные диаграммы, поясняющие работу устройства.

Устройство (фиг. 1) содержит два операционных усилителя 1 и 2, два

5 разнополярньк источника 3 и 4 напряжения смещения, интегрирующий конденсатор 5, первый масштабньй резистор 6, третий 7 и четвертый 8 масштабные резисторы, второй масштаб0 ный резистор 9.

Неинвертирующие входы операционных усилителей 1 и 2 соединены соответственно с.первым 3 и вторым 4 разнополярными источниками напряже5 ния смещения.

Инвертирующие входы операционных усилителей сединены с первой обкладкой интегрирующего конденсатора 5 и первым выводом масштабного резисто0 ра 6. Второй вывод резистора 6 соединен с шиной нулевого потенциала. К выходу операционного усилителя 1 подключен масштабный резистор 7, а

к выходу операционного усилителя 2 5 масштабный резистор 8.

Вторая обкладка интегрируницего конденсатора 5 и вторые вьшоды масштабных резисторов 7 и 8 и резистоpa 9 являются выходом устройства. Второй вывод резистора 9 является входом устройства.

На фиг. 2 приняты следующие обозначения:

Uo.,, - входное напряжение устройстоХ

ва;

и, - выходное напряжение усилителя 1; и, - выходное напряжение усилителя 2;

вых выходное напряжение устройства;

t -.текущее время.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии усилитель 1 насыщен, например, положительным потенциалом от источника 3 напряжения смещения, усилитель 2 - отридательным потенциалом от источника напряжения смещения (фиг. 1). Оба усилителя находятся в режиме насыщения, на выходе усилителя 1 присутствует напряжение со знаком +,на выходе усилителя 2 - со знаком -. Предположим, что абсолютные величины этих напряжений равны между собой и примем

где . - сопротивление резистора 7;

Rg - сопротивление резистора 8. Следовательно, потенциал средней точки б будет нулевьм.

Поскольку одна обкладка интегрирующего конденсатора 5 присоединена через резистор 6 к шине нулевого потенциала, напряжение на конденсаторе 5 равно нулю. Это состояние устройства показано на участке времени О - t (фиг. 2). При подаче на вход устройства в момент времени t, сигнала положительной полярности, потенциал трчки if изменяется и прикладывается через конденсатор 5 к точке а - инвертирующим входам усилителей 1 и 2.

Напряжение U, на выходе усилителя 1 скачком уменьщается и - компенсирует увеличение потенциала точки сГ. Состояние усилителя 2 не изменяется, так как полярность сигнала на его инвертирующем входе совпадает с полярностыо насыщения.

Зависимость изменения напряжения на конденсаторе 5 от времени и протекающего через него тока вьфажается формулой

,(2)

где Uc - напряжение на конденсаторе; i - ток, протекаюпщй через конденсатор;

С - емкость конденсатора. Ток заряда конденсатора равен . и

(3)

где и - напряжение на инвертирующем

входе усилителя;

Re - входное сопротивление усилителя.

Меявду входами идеального усилителя напряжение управления равно нулю (из-за бесконечно большого коэффициента, усиления). Следовательно

.(4)

где EJ - ЭДС источника 3 напряжения

смещения.

Подставив (3) и (4) в (2), получим

(5)

(6)

Постоянный член определяет начальное условие интегрирования, в нашем случае .

Так как одна обкладка конденсатора 5 соединена с выходом устройства, а другая находится под потенциалом нулевой щины (напряжение управления равно нулю, а напряжение источника смещения из-за бесконечно большого коэффициента усиления весьма мало), мЬжем написать

и, Ц,

(7)

t. Тогда выражение (6) можем переписать

J-tt

и„

(8)

6bi -сГИз этого вьфажения следует, что выходное напряжение изменяется по линейному закону, а время интегрирования t не зависит от вхсздного напряжения Ug , а определяется величиной ЭДС источ1шка смещения и параметрам элементов схемы.

В момент времени tg, когда конденсатор зарядится до напряжения

,(9)

К - коэффициент передачи, усилитель 1 переходит из активной области в область насыщения, т.е. 5 в первоначальное состояние. Процесс интегрирования прекращается. Выражение (9) с учетом (7) запишетсяДля анализа схемы в статическом режиме примем, что в области насыще ния падение напряжения на открытых выходных каскадах усилителя равно нулю. Тогда коэффициент передачи запищется-5z.()+R7- RJ с учетом допущения (1) выражение примет вид -2R. Выражение (10) перепищется с уче том (12) Следовательно, выходное напряжение пропорционально входному, а стабильность устройства определяетс только пассивными элементами схемы R., КдИ Rq, которые при соответствующем выборе практически погрешность не вносят. При подаче на вход устройства в момент времени tj отрицательного напряжения состояние усилителя 1 не .изменяется, а усилитель 2 переходит в активную область работы. Выходное напряжение его U скачком увеличивается и изменяется таки образом, чтобы на выходе устройства генерировался линейно спадающий сиг нал. Все изложенное остается в силе только во время интегрирования, в этом случае устанавливается ЭДС источника 4 смещения. Б момент t усилитель 2 переходи в область насыщения, т.е. в первоначальное состояние. Процесс интегр рования прекращается. Вькодное напряжение определяется выражением (1 Устанавливая различные напряжени смещения на неинвертирующих входах усилителей, можно изменять в широко диапазоне время интегрирования раздельно при увеличении и уменьшении входного напряжения, причем этот 7 диапазон ограничивается только внут-i ренними параметрами усилителей, например дрейф нуля усилителя ограничивает верхний предел интегрирования. Полярность входного сигнала не влияет на работоспособность устройства, так как выходное напряжение изменяется симметрично в обеих полярностях относительно шины нулевого потенциала в соответствии с входным сигналом. Все это значительно расширяет функциональные возможности устройства. Из анализа работы вытекает следующее . Усилители участвуют в формировании выходного напряжения только в динамическом режиме, т.е. в режиме интегрирования. После окончания процесса интегрирования усилители переходят область насыщения и не участвуют в работе, т.е. в формировании выходного сигнала. Следовательно, стабильность работы устройства определяется только пассивными элементами схемы и равна обычному резистивному делителю напряжения, а стабильность последнего при применеНИИ прецизионных элементов весьма высока и приближается к идеа льному. Предлагаемое устройство может быть применено в автоматизированных электроприводах химико-фотографической промьшшенности в качестве источника управляющего напряжения. Здесь особенно актуальна задача повьщ1ения точности работы привода, которая в конечном счете определяет качество выпускаемьЬс пленок. Применение интегрозадающего устройства в качестве командного блока в регулируемом тиристорном приводе делительно-упаковочного автомата АДУ-35 позволяет исключить задатчик механического типа, требующий регулярного технического обслуживания в процессе работы. . За счет исключения этого времени на обслуживание и оптимального подбора времени интегрирования при разгоне и торможении привода повьшиется производительность автомата на 10%.

ИНТЕГРОЗАДАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО, содержащее первый операционный усилитель, к инвертирующему входу которого подключены первая обкладка интегрирующего конденсатора и первый вывод первого масштабного резистора, второй масштабный резистор, первый вьтоп которого подключен к второй обкладке интегрирующего ковденсатора и к выходу устройства, второй операционный усилитель и третий и четвертый масштабные резисторы, отличающееся тем, что. с целью повьш1ения стабильности и расширения диапазона регулирования времени интегрирования, вторая обкладка интегрирующего конденсатора подключена к выходам первого и второго операционных усилителей соответственно через третий и четвертый масштабные резисторы, второй вьтод второго масштабного резистора соединен с входом устройства, инвертирующий вход втог рого операционного усилителя подключен к первому выводу первого Масштабkn ного резистора, второй вывод которого соединен с шиной нулевого потенциала, а неинвертирукмцие входы первого и второго операционных усилителей подключены к разнополярным источникам, напряжения смещения. СП О Од