Аналоговый интегратор Советский патент 1981 года по МПК G06G7/186 

(54) АНАЛОГОВЫЙ ИНТЕГРАТОР

1

Изобретение относится к аналоговым вычислительным и измерительным устройствам, а более конкретно к интеграторам, широко используемым в таких устройствах для интегрирования аналоговых сигналов.

Известен аналоговый интегратор, состоящий из операционного усилителя, входного резистора и конденсатора обратной связи 1.

Недостатками такого интегратора являются как увеличение ошибки интегрирования при уменьшении коэффициента усиления операционного усилителя, например, с ростом частоты входного сигнала, так и практическая невозможность оценить величину ошибки интегрирования входных сигналов сложной формы.

Последний недостаток устранен в интеграторе, который, кроме линейного решающего блока, в частности интегрирующего блока, содержит также усилитель сигнала ошибки, позволяюший выделить и оценить ошибку операции при любой форме входного сигнала. Интегратор является наиболее близким к предлагаемому 2.

Однако он имеет недостаточнуюточность интегрирования.

Цель изобретения - повышение точности интегрирования за счет вычитания сигнала ошибки из выходного сигнала интегратора и за счет сокращения числа операционных конденсаторов.

Указанная цель достигается тем, что в аналоговый интегратор, содержащий операционный усилитель, вход которого через первый масштабный резистор соединен с входом аналогового интегратора, первый интегрирующий конденсатор, включенный

между входом и Выходом операционного усилителя, усилитель сигнала ошибки, инвертирующий вход которого через второй интегрирующий конденсатор соединен с его выходом, и масщтабные резисторы, введены масштабный усилитель и резистивный делитель, включенный между выходом усилителя сигнала ошибки и шиной нулевого потенциала, средций вывод резистивного делителя подключен к неинвертирующему входу масштабного усилителя, инвертирующий вход

которого через второй и третий масштабные резисторы соединен соответственно с выходом масштабного усилителя, являющимся выходом аналогового интегратора и выходом операционного усилителя, вход которого подключен к неинвертирующему входу усилителя сигнала ошибки, а инвертирующий вход усилителя сигнала ошибки через четвертый масщтабный резистор соединен с щиной нулевого потенциала. На чертеже представлена схема аналогового интегратора. Аналоговый интегратор содержит масщтабный резистор 1 и операционный -усилитель 2 с интегрирующим конденсатором 3 в цепи обратной связи. Вход операционного усилителя 2 соединен с неинвертирующим входом усилителя 4 сигнала ощибки, инвертирующий вход которого соединен с щиной нулевого потенциала через масщтабный резистор 5 и с выходом усилителя через интегрирующий конденсатор 6 обратной связи, Инвертирующий вход масштабного усилителя 7 с дифференциальными входами соединен с выходом операционного усилителя 2 через масщтабный резистор 8 и с выходом устройства через масщтабный резистор 9 обратной связи. Неинвертирующий вход масштабного усилителя присоединен к средней точке резистивного делителя из резисторов 10 и 11, включенного между выходом усилителя сигнала ошибки и щиной нулевого потенциала. Предлагаемый интегратор работает следующим . образом. На выходе операционного усилителя 2 в процессе работы имеется сигнал, равный сумме точного значения интеграла от входного сигнала и сигнала ощибки, т.е. U + Ч- Д и. Указанная сумма, поступая на выход интегратора через масштабный резистор 8 и масштабный усилитель 7 с резистором 9 обратной связи, дает сигнал -MUs -МлУ, где М - коэффициент передачи масштабного усилителя. Сигнал ощибки в суммирующей точке операционного усилителя равен ) + 1, гдеК(р) 1/рТ - коэффициент передачи интегратора; Т - его постоянная времени. Этот сигнал поступает на неинвертирующий вход усилителя 4, коэ(|)фициент передачи которого по это.му входу равен, как и для любого дифференциального усилителя, обратной величине коэффициента передачи с выхода на инвертирующий вход. Но последний коэффициент равен рТ/(рТ +1), где Тпроизведение сопротивления резистора 5 на е.мкость конденсатора 6, а сопротивления резисторов 1 и 5 так же, как и емкости конденсаторов 3 и 6, равны между собой. С учетом всего изложенного напряжение на выходе усилителя сигнала ощибки соетавляетди/(1/рТ+ l).(pT-f 1)/рТ .и. Делитель из резисторов 10 и 11 делит выходной сигнал усилителя 4 в отношении М/ (П + 1), а коэффициент усиления масштабного усилителя по неинвертирующему входу, как легко подсчитать из отношения сопротивлений резисторов 8 и 9,равен М -f 1. Поэтому с выхода усилителя 4 на выход устройства поступает сигнал, равный МА U/ /(М 4- 1) (М-f 1), т.е. MAU. Составляющие ощибки - Мди иМА и - на выходе устройства взаимно компенсируются, и остается точное значение интеграла -MUj с масщтабным коэффициентом -М (если необходимо, можно выбрать М 1). За счет такой компенсации, даже если вследствие малых погрещностей элементов устройства она будет неполной, точность интегрирования удается резко повысить. Формула изобретения Аналоговый интегратор, содержащий операционный усилитель, вход которого через первый масштабный резистор соединен с входим аналогового интегратора, первый интегрирующий конденсатор, включенный между входом и выходом операционного усилителя, усилитель сигнала ощибки, инвертирующий вход которого через второй интегрирующий конденсатор соединен с его выходом, и масщтабные резисторы, отличающийся тем, что, с целью повышения точности интегрирования, в него введены масщтабный усилитель и резистивный делитель, включенный между выходом усилителя сигнала ошибки и шиной нулевого потенциала, средний вывод резистивного делителя подключен к неинвертирующему входу масштабного усилителя, инвертирующий вход которого через второй и третий масщтабные резисторы соединен соответственно с выходом масштабного усилителя, являющимся выходом аналогового интегратора и выходом операционного усилителя, вход которого подключен к неинвертирующему входу усилителя сигнала ощибки, а инвертирующий вход усилителя сигнала ошибки через четвертый масштабный резистор соединен с шиной нулевого потенциала. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Коган Б. Я. Электронные моделируюшие устройства и их применение для исследования системы автоматического регулирования. М., Физматгиз, 1963. 2.Морозов В. П. Методы измерения погрешности линейных аналоговых операций.«Известия Высших учебных -заведений, сер. «Приборостроение, т. XIX, № 10, 1976 (прототип). О Bb/J(.