Дифференцирующее устройство Советский патент 1979 года по МПК G06G7/18 

Изобретение относится к области аналоговой вычислите пьной техники и может быть испояь8с«ано дпя дифференцирования медпенно меншошйхся напряжений. Дифференцирующие устройства, построенные на операционных усилителях, известны. Однсг из них содержит во входной цепи операционного усинитепя дифференцирующий конденсатор ij. Его недостатком является то, что при достижении значительного коэффициента передачи при небольшом дрейфе нуля дифференцирующий ковденсатор имеет значительные габариты и вес, т.к. он должен иметь одновременно большую и стабильную емкость, большое сопротивление изоляции Громоздкость таких конденсаторов (или батареи конйенсаторов вступает в противоречие .с современной микро электроникой. Наиболее близким по технической сущности является дифференцирующее уст.ройство, содержащее подключенный к вхоijtQr устройства предварительный усилитель, выход которого через дифференцирующий конденсатор связан с входом операгщон- кого усилителя, в цепи отрндательной обратной связи которого включен масштабный резистор 2. В случаях, когда диапазон наменениа входного сигнала невелик, такой дифференциатор дает хороший результат. Предварительный усилитель уменьшает требуемый непосредственно от дифференциатора, коэффициент передачи, позволяя тем самым уменыиить габариты дифференцирующего конденсатора. Недостатком прототипа является неизбежная ограниченность диапазона пинейности предварительного усилителя. Целыо изобретения является уменьшение габаритов устройства, обусловленное расширением диапазона линейности. Цель достигается тем, что устройство содержит преобразователь числа имгульсов в напряжение, элемент И, двухпорсяговый элемент, подключенный к выходу эарительного усилитепя, и генератор ййИКупьсов, выход которого подключен к одноХуиз входов элемента И, другой йзёбй kbtopbfo связйн с выходом двухпорогового элемента, а выход элемента И связан с входом преобразователя числа ййлупьсов В яа1фйжбние, подключенного eftxuflbfr к входу емёшёния предварительного усипитепя, а также тем, что в i дифференцирующее устройство введены одновибратор, аапоминающий конденсатор зарядный резистор, источник напряжения и ключ, через который вход операционно ГЪ-усйййтейй соединен с первыми вывода ми запоминающего йонденсатора и заря дн Го резистора, второй вывод запоминающе го конденсатора соединен с выходом опе радионного усжпйтепя, второй вывод за рШйогб р ёаисто1эа сюёДйнен с первым вы водом источника напряжения, второй вывод которогч) соединен с шиной нулевого потенциала, вход одноввбратора подключен к выходу эвемвнта И, а выход - к упрабняюще входу ключа. Устройство, блок-схема кoтopl0 o пред ставпена на чертеже, содержит предварительный усилитель 1, дифференцирующий конденсатор 2, пресйрааоватепь 3 числа имцупьсов в напряжение, двухпороговый энемент 4, элемент И 5, генератор 6 имлуиьсов, операционный усилитель 7, одновибратор 8, ключ 9, масштабный и зартгдный резисторы 1О и 11, запоминающий коаденсатор 12, источник 13 напряжения. Устройство работает следующим образом., При напряжении на выходе усилителя 1 в диапазоне между уровнями срабатывания двухпорогового элемента 4 оно дифференцируется обычным образов. этом ключ 9 разомкнут, а конденсатор 12 заряжается до выходного напряжения Источник напряжения 13 при этом корректирует напряжение на конденсаторе 12 в соответствии со сиещен1юм нуля усилителя 7 и остаточным напряжением ключа 9.. .При срабатывании двухпорогового. элемента 4 элемент 5 фОпуекает Очере ной импульс с выхода генератора 7 на вход преобразователя 3, в результате ск щаюшее напряядание предварительного усилителя 1 получает единичж е приращение, и рабочая точка усилителя 1 скачком переходит в область между уров нями срабатывания элемента 3, Оставаясь в пределах линейного участка амплитудной характеристики. При этом конденсатор 2 должен перезаряжаться на величину скачка напряжения. При отсутствии элемешюв 8, 9 11-13 перезаряд конденсатора 2 про- исходит только через резистор 10, если усилитель 7 имеет достаточно больщой динамический диапазон, а скорость изменений напряжения U при его скачке не слйщком велика; при этом большой ток через резистор 10, необходимый для перезаряда конденсатора 2, поддерживается импульсом большой амплитуды напряжения Ugj, В этчэм случае при монотонном изменении напряжения У выходное напряжение представляет собой напряжение переменногР тока, одна из полуволн которого, соответствующая перезаряду конденсатора 2, имеет постоянные длительность и амплитуду. Другая полуволна соответствует плавному изменению напряжения U . Фаза такого напряжения меняется на противоположную при изменении зн1ака производной ,ёгс демодуляция позволяет получить напряжение постоянного тока. Что и реализуется элементами 8, 9, 11-13. При срабатывании элемента И 5 одновибратор 8 вырабатывает импульс, замыкающий ключ 9j через него и конденсатор 12 конденсатор 2 перезаряжается на величину скачка напряжения U . Конденсатор 12, заряженный до суммы напряжения выходного и напряжения источника 13, является запоминающим: напряжение Ugbix - Р®мя перезаряда поддерживается примерно напрежнем уровне. Источник 13 уменьЩает погрешность запоминания, устанавливая при разомкнутом ключе 9 потенциал точки соединения элементов 9 и 12, равный сумме смещения нуля усилителя 7 и ойтаточиого напряжения замкнутогю ключа 9. - . ;..... Так как рабочая Сточка предварительного усилителя 1 автоматически удерживает я на л инейном участке, его коэффициент усиления по напряжению может быть большим независимо от диапазона изменения входного напряжения. При этом снижение коэффициента передачи, требуемого от собственно дифференциатора, будет еще более значительным, чем в прототипе, поэтому достигается уменьшение габаритов дифференцирующего конденсатора 2. Тот же эффект достигается увеличением емкости дифференцирующего конденсатора при одновремен ном уменьшении его габаритов и веса: для этого амплитудные значения напряжения и допжны быть эначитепьно меньше амплитудных значений напряженияии ь Вытекающее иа данного условия снижение требований к сопротивпению изоляции позволяет применить более малогабаритные конденсаторы, имеющие меньший объем при большей емкости. Формула изобретения 1, Дифференцирующее устройство, содержащее подключенный к входу устройства предварительный усилитель, выход которого через дифференцирующий конденсатор связан с входом операиирнного усилителя, в цепи отрицательной обратной связи которого включен масштабный резистор, отличающееся тем, что, с цепыо уменьшения габаритов, устройство содержит преобразователь числа ; импульсов в напряжение, элемент И, двух пороговый элемент, подключенный к вщ- ходу предварительного усилителя, и генег ратор импульсов, выход которого подключен к однок из входов элемента И, другой вход которого связан с выходомчой техники

двухпорогового элемента, а выход элемен- с, 54,

Высшая школа, 1073, та И связан с входом преобрпзовптепя числа импульсов в-напряжение, подключенного выходом к входу смещения предвпрительного усилителя. 2, Устройство по п,1, о т л и .ч а ю щ е е с я тем, что в него введень одновибратор, запоминающий конденсатор, зарядный резистор, источник напряжения и ключ, через который вход операционного усилителя соединен с первыми выводами запоминающего конденсатора и зарядного резистора, второй вывод запоминаюшег-о конденсатора соединен с выходом операционного усилителя, второй вывод зарядного резистора соединен с первым выводом источника напряжения, второй вывод которого соединен с шиной нулевого потенциала, вход одновибратора подключен к выходу элемента И, а выход - к управляющему входу ключа.Источники информации, принятые во внимание щ)И экспертизе 1, Вычислительная техника, справочник, т.1,под ред.ХаскиГ.Д. и Корна Г. А. Энергия, 1964, с. 43. 2. Сергеев Н, П. Основы вычнслитель