Интегратор Советский патент 1981 года по МПК G06G7/184 

(54) ИНТЕГРАТОР

Изобретение относится к вычислите.дьной технике, а именно к аналоговым устройствам для выполнения вычислительной операции интегрирования.

Известны интеграторы с одним заземленным конденсатором, содержащие RCцепь с заземленным конденсатором, общая точка которой подключена к неинвертирующе.му усилителю, подключенному своим выходом к выходной клемме интегратора

1, 2.

Недостатком известных интеграторов является невозможность работы от высокоомного симметричного относительно земли источника входного сигнала. Для осуществления такой возможности потребовалось бы включать на его входе дополнительные согласующие устройства типа измерительных усилителей, что усложняет устройство в целом; малые функциональные возможHocTii этих интеграторов обусловлены наличием только одного несимметричного относительно земли входа, в связи с чем каждый из них может быть только инвертирующим или только неинвертирующим.

Наиболее близким к предлагаемому техническому рещению является интегратор с одним заземленным конденсатором, содержащий иооследовательную КС-цепочку с заземленным конденсатором, к входу которой подключен выход основного операционного усилителя, а к выходу - вход повторителя напряжения; первый резистивный усилитель, подключенный первым крайним выводом к выходу основного операционного усилителя, а средним выводом к его инвертирующему входу; второй резистивный делитель, подключенный первым выводом к выходу повторителя напряжения 3. Этот известный интегратор (прототип) имеет те же обусловленные наличием несимметричного относительно земли входа недостатки, т. с. невозможность работы от симметричного относительно земли, в особенности вы-, сокоомного, источника входного сигнала.

Целью изобретения является расщире-; ние динамического диапазона входных сигналов.

Достигается это тем, что интегратор, содержащий интегрирующую RC-цепь, включеиную между выходом основного операционного усилителя и щиной нулевого потенциала, повторитель напряжения, вход которого подключен к общему выводу конденсатора и резистора интегрирующей RC-ueпи, первый резистивный делитель, один из крайних выводов которого подключен к выходу основного операционного усилителя,а средний вывод соединен с инвертирующим входом основного операционного усилителя,

содержит дополнительный операционный усилитель и второй резистивный делитель, включенный последовательно с первым резистивным делителем, причем общий вывод первого и второго резистивных делителей подключен к выходу дополнительного операционного усилителя, инвертирующий вход которого соединен с средним выводом второго резистивного делителя, второй вывод которого подключен к выходу повторителя напряжения, а неинвертирующие входы операциоппых усилителей являются входными щипами интегратора.

На чертеже приведена электрическая принципиальная схема интегратора.

Интегратор содержит интегрирующую RC-цепь на резисторе / и заземленном конденсаторе 2, к входу которой подключен выход основного операционного усилителя 3, & к. выходу - вход повторителя напряжения 4 на операционном усилителе, первый резистивный делитель на резисторах 5, 6, подключенный первым крайним выводом 7 к выходу основного операционного усилителя 3, а средним выводом 8 - к его инвертирующему входу; второй резистивный делитель на резисторах 9, 10, подключенный первым выводом 11 к выходу повторителя напряжения 4, дополнительный операционный усилитель 12, инвертирующий вход которого подключен к среднему выводу 13 второго резистивного делителя, а выход - к вторым крайним выводам 14, 15 соответственно первого и второго резистивных делителей, при этом неинвертирующие входы операционных усилителей соединены с соответствующими входными шинами J6, 17, а выход повторителя напряжения - с выходной клеммой 18. Конденсатор 2 заземлен через клемму 19. Дополнительный операциониый усилитель 12, операционный усилитель 3 и резисторы 5, 6, 9, 10 образуют измерительный усилитель с высоким входным сопротивлением, клеммы 16, 17 которого являются соответственно :неинвертирующим и инвертирующим входами.

Иитегратор работает следующим образом.

Сопротивления резисторов 5, 6, 9 и 10 равны. Измерительный усилитель усиливает с коэффициентом 2 напряжение входного сигнала от симметричного относительно земли высокоомного источника, при этом синфазное напряжение на входных клеммах, равное полусумме потенциалов входных щин 16, 17 относительно земли, подавляется. Выходное напряжение измерительного усилителя, являющееся разностью потенциалов между точками 7, 11, приложено благодаря эквипотенциальности входа и выхода повторителя напряжения 4 также и к резистору / RC-цепи. Под действием приложенного к резистору 1 напряжения, равного удвоенной величине входного напряжения, протекает ток заряда конденсатора

,- ЛС,

Т

II

где /С - коэффициент усиления измерительного усилителя (в нащем случае 2);

RC - собственная постоянная времени RC-цепи.

Постоянную времени интегратора можно изменять путем изменения коэффициента усиления измерительного усилителя, например, путем подключения дополнительного резистора между выводами 8, 13. При подключении к шине нулевого потенциала щины 16 иптегратор превращается в инвертирующий с несимметричной подачей входного сигнала, при подключении же к шине нулевого потенциала шины 17 интегратор становится неинвертирующим с несимметричной подачей входного сигнала. Наиболее же общим случаем является подача на интегратор входного сигнала от симметричного относительно земли источника входного сигнала, при этом щины 16, 17 подключают к выводам источника входного сигнала. Входное сопротивление интегратора является высоким (более 100 МОм), благодаря чему возможна работа от высокоомного источника сигнала. Входное сопротивление интегратора обусловлено высоким входным сопротивлением двух входящих в измерительный усилитель неинвертирующих усилителей, первый из которых собран на операционном усилителе 3 и резисторах 5, 6, а второй - на операционном усилителе 12 и резисторах 9, 10. Входное же сопротивление неинвертирующего усилителя равно произведению собственного входного сопротивлепия операционного усилителя (более 0,3 МОм) на отнощение коэффициента усиления операционного усилителя при разомкнутой обратной связи (более ,10) к коэффициенту усиления при замкиутой обратной связи (в нашем случае 2).

Формула изобретения

Интегратор, содержащий интегрирующую RC-цепь, включенную между выходом основного операциоиного усилителя и щиной нулевого потенциала, повторитель напряжения, вход которого подключен к общему выводу конденсатора и резистора интегрирующей RC-цепи, первый резистивный делитель, один из крайних выводов которого подключен к выходу основного операционного усилителя, я спрпний иырпя ппрпинен с инвертирующим входом основного операционного усилителя, отличающийся тем, что, с целью расширения динамического диапазона входных сигналов, он содержит дополнительный операционный усилитель и второй резистивный делитель, включенный последовательно с первым резистивным делителем, причем общий вывод первого и второго резистивных делителей подключен к выходу дополнительного операционного усилителя, инвертирующий вход которого соединен со средним выводом второго резистивного делителя, второй вывод которого подключен к выходу повторителя напряжения, а неинвертирующие

i .

Vs,.

6

входы операционных усилителей являются входными щинами интегратора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1974, с. 72-73 (прототип).