Дифференцирующее устройство Советский патент 1985 года по МПК G06G7/184 

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть исполь зовано для коррекции систем автоматического регулирования. Известно дифференцирующее устройство, содержащее операционный усилитель с входной емкостной цепью резистивную цепь обратной связи и устройство для регулирования постоянной времени дифференцирования, которая, в свою очередь, состоит из переключателя, включенного в цепь обратной связи, и соединенного с ним генератора импульсов 01Однако известное устройство имеет низкую точность дифференциров ния и в нем невозможна независимая регулировка коэффициента передачи раздельно для положительных и от- , рицательных входных сигналов. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является дифференциру щее устройство, содержащее у С-цець, которая состоит из последовательно включенных конденсатора и резистора, причем конденсатор связан с входом устройства, а резистор - с шиной нулевого потенциала, два дифференциальных усилителя, два резистивных делителя, подключенные соответственно между выходами первого и второго дифферен1шальных усилителей и шиной нулевого потенциала, средние точки RC-цепи и первого резистивного делителя соединены с неинвертирующим входом первого дцфференциального усилителя, средняя точ ка второго резистивного делителя соединена с инвертирующим входом второго дифференциального, усилителя, неинвертирующий вход которого соединен с инвертирующим входом первого усилителя 2 J, Однако это устройство характери зуется ограниченной точностью дифференцирования вследствие ограниченной полосы пропускания дифференциаль ного усилителя из-за спада частотной рактеристики на высоких частотах. Кроме того, при замкнут,й обратной связи приходится специально коррект ровать частотную характеристику в области высоких частот, включать дополнительные емкости, чтобы обес печить устойчивость усилителя. Из-за этих ограничений точное дифференцирование затруднено. Цель изобретения - повьшение точности дифференцирования и расширение области применения за счет обеспечения независимой регулировки коэффициента передачи для положительных и отрицательных входных сигналов. Поставленная цель достигается тем, что дифференцирующее устройство, содержащее первый и второй дифференциальные операционные усилители, выходы которых соединены с первыми крайними выводами соответственно первого и второго резистивных делителей, первый масштабирующий резистор, включенный между неинвертирующим входом первого дифференциального операционного усилителя и шиной нулевого Потенциала, и дифференцирующий конденсатор, ёодержит два регулируемых источника положительного и отрицательного смещения и второй масштабирующий резистор, включенный между неинвертирующим входом второго дифференциального операционного усилителя и шиной нулевого потенциала, инвертирующие входы первого и второго дифференциальных операционных усилителей соединены с первой обкладкой дифференцирующего конденсатора и с вторым крайним выводом первого резистивного делителя, средний вывод которого объединенный со средним выводом второго резистивного делителя, является выходом устройства, а второй крайний вывод второго ре-, зистивного делителя является входом устройства, регулируемый источник положительного смещения включен между неинвертирующим входом первого дифференциального операционного усилителя и шиной нулевого потенциала, регулируемый источник отрицательного смещения включен между неинвертирующим входом второго дифференциального операционного усилителя и шиной нулевого потенциала, с которой соединена вторая обкладка дифференцирующего конденсатора. На чертеже изображена схема дифференцирующего устройства. Дифференцирующее устройство содержит дифференциальные операционные усилители 1 и 2, регулируемый источник 3 положительного смещения, регулируемый источник 4 отрицательного смещения, резистивные делители 5 и 6, образованные резисторами 7 и 8 и 9 и 10 соответственно, масштабирующие резисторы 11 и 12, дифференцирующий конденсатор 13Устройство работает следующим образом. В исходном состоянии благодаря действию источников смещения 3 и 4 на выходе усилителя 1 имеется поло жительное напряжение, а на выходе усилителя 2 - отрицательное. При равенстве смещающих напряжений U Uj и резисторов 7 и 10 выходное на пряжение .равно нулю. Напряжен на конденсаторе 13 также равно нулю. При подаче на вход плавно возрастающего сигнала положительно полярности конденсатор 13 заряжает ся через резисторы 9 и 8, причем т заряда постоянен. . При подаче на вход линейно-спад щего напряжения направление .тока в входной цепи усилителя 1 изменяется на противоположное. На выходе устройства появляется отрицательно напряжение. Аналогично происходит при лине но-изменяющемся входном напряжении отрицательной полярности. Состояние дифференциального уси лителя 1 не изменяется, дифференциальный усилитель 2 переходит в активный режим работы, его выходно напряжение изменяется противополож но входному таким образом, что на выходе схемы вырабатывается прямоугольный импульс по мере протекания тока по цепи резистор 8 - конденсатор 13. Из-за бесконечно большого коэффициента усиления напряжение на инвертирующем входе равно напряжению источника смещения на неинвертирующем входе усилителя. Позт.ому величина напряжения источника смещения определяет ток, проходящий через конденсатор 13 и через резистор 8. Устанавливая величину напряжения источника смещения, можно менять скорость изменения потенциала на конденсатора. При постоянных номиналах элементов схемы можно регулировать напряжением смещения коэффициент передачи в широких пределах, причем верхний предел ограничен только токами дрейфа самих дифференциальных усилителей. Каждый дифференциальный усилитель обрабатывает сигналы определенной полярности в зависимости от полярности смещения на его неинвертирующем входе, поэтому применив два отдельных разнополярных источника смещения с регулируемым напряжением, можно добиться независимой регулировки коэффициента передачи для положительных и отрицательных входньк сигналов. Это значительно расширяет область применения предлагаемого устройства, позволяет использовать его в качестве корректирующего звена при управлении автоматизированными электроприводами для получения оптимального управляющего сигнала в динамических системах. На высоких частотах амплитудная частотная характеристика устройства постоянна. Технико-экономический эффект от использования изобретения определяется повышением точности дифференцирования и расширением регулирующих возможностей, что важно при использовании его в составе , систем автоматического управления, например при регулировании скорости протяжки- в лентопротяжных механизмах.

Вб/ход

ДИФФЕРЕНЦИРУгаЦЕЕ УСТРОЙСТВО, содержащее первый и второй дифференциальные операционные усилители, выходы которых соединены с первыми крайними выводами соответственно первого и второго резистивных дета-лей, первый масштабирующий резистор, включенный между неинвертирующим входом первого дифференциального one рационного усилителя и шиной нулевого потенциала, и дифференцирующий конденс-атор, отличающееся тем, что, с целью повышения точности дифференцирования и расширения области применения за счет обеспечения независимостей регулировки коэффициента передачи для положительных и отрицательных входных сигналов, оно содержит два регулируемых источника положительного и отрицательного смещения и второй масштабирующий резистор, включенный между неинвертирующим входом второго дифференциального операционного усилителя и шиной нулевого потенциала, инвертирующие .входы первого и второго дифференциальных операционных усилителей соединены с первой обкладкой дифференцирующего конденсатора и с вторым крайним выводом первого резистивного делителя, средний вывод которого, объединенный со средним выводом второго резистивного делителя, является выходом устройства, а второй крайний вывод сл второго резистивного делителя является входом устройства, регулируемый источник положительного смещения включен между неинвертирующим входом первого дифференциального операционного усилителя и шиной нулевого потенциала, регулируемый источОд ник отрицательного смещения включен между неинвертирующим входом второго 00 Од дифференциального операционного усилителя и щиной нулевого потенциала, с которой соединена вторая об- ts9 кладка дифференцирующего конденсатора.