Интегратор с автоматической коррекцией нулевого уровня

 

ИНТЕГРАТОР С АВТОМАТИЧЕСКОЙ КОРРЕКЦИЕЙ НУЛЕВОГО УРОВНЯ, содержащий операционный усилитель, между инвертирующим входом и выходом которого включен интегрирующий конденсатор управляекый источник входного тока, . вход которого является входом интегратора , а выход подключен к инвертируюмему входу операционного усилителя , первый усилитель с изменяемом коэффициентом передачи, которого является выходом интегратора , и ключ, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона изменения постоянной времени интегрирования и области ибпользования интегратора, в. него введены второй усилитель с изменяемым коэффициентом передачи, компаратор, формиро-г ватель управляющего сигнала, эадатчик постоянной времени интегрирования и переменный резистор, включенюлй последовательно с ключом между инвертирующим входом и выходом операционного усилителя, соединенный с первым входом кбмпаратора и входом первого усилителя с изменяемым коэффициентом передачи, вход второго усилителя с изменяемом коэффициентом передачи соединен с входом интегратора , а выход подключен к второму, входу компаратора, причем выход задатчику постоянЯЪй времени интегри (Л рования соединен с управляющими входами первозсю и второго усилителей с изменяемым коэффициентом передачи ;и средним выводом переменного резнетора, а управляющие входы ключа и управляемого источника токи г одключены к выходу формирователя управляющего сигнала, входом соединенного с выходом компаратора. со о 00 4

COOS СОВЕТСНИХ

Н

РЕСПУБЛИК

09) 01) 3(Я) G 0 G 7/186

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

IlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОЬЮ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3428316/18-24 (22) 22 ° 04 ° 82 (46) 23.07.83. Вюл. Р 27 (72) В.A.Èâàíoâ, Г.Д.Пролубников и Ю.Н.Тихонов (53) 681.335(088.8) (56) 1 ° Патент CltlA Р 3667055, кл. 330-9, опублик. 1976.

2. Авторское свидетельство СССР

9 811285 кл.G 06 G 7/186 . 1980 (прототип), (54) (57) ИНТЕГРАТОР С АВТОИАТИЧЕСКОЙ

КОРРЕКЦИЕЙ НУЛЕВОГО УРОВНЯ, содержащий операционный усилитель, между инвертирующим входом и выходом которого включен интегрирующий конденсатор, управляе»ый источник входного тока, вход которого является входом интегратора, а выход подключен к инвертирующему входу операционного уси;лителя, первый усилитель о иэменяеьым коэффициентом передачи, выход которого является выходом интегратора, иключ, отличающийся тем, что, с целью расширения диапа.зона изменения постоянной времени интегрирования н области использования интегратора, в него введены второй усилитель с изменяемым коэффициентом передачи, компаратор, формирователь управляющего сигнала, задатчик постоянной времени интегрирования и переменный резистор, включенный последовательно с ключом между инвертирующим входом и выходом операционного усилителя, соединенный с первым входом компаратора и входом первого усилителя с изменяемым коэффициентом передачи,. вход второго усилителя с нзменяемям коэффициентом передачи соединен с входом интегратора, а выход подключен к второму входу компаратора, причем выход за- g датчика постоянйЬй времени интегрирования соединен с управляющими входами первого и второго усилителей с изменяе»аюм коэффициентом передачи С

-и средним выводом переменного резистора, а управляющие входы ключа и управляемого источника тока Подключены к выходу формирователя управляю щего сигнала, входом соединенного с выходом компаратора, Ю

C©

Ю

0 и4

4 »

1030814

Изобретение относится к электронике и радиотехнике и может быть использовано в различных устройствах автоматики, в частности, в ПИ и ПИДрегуляторах непрерывного действия.

Известны интеграторы, построенные на основе усилителей с автоматической коррекцией нулевого уровня и состоящие из основного операционного усилителя (ОУ), охваченного емкостной обратной связью, дополнительного усилителя, вход которого подсоединен к выходу основного ОУ, запоминающе1

ro конденсатора и ключа, подключенных к неинвертирующему входу основного

Оу. К инвертирующему входу основно- 15 го ОУ подключены источник входного тока, инвертирующий конденсатор и входной ключ, второй вывод которого подключен к общей шине интегратора 1) . 20

Недостатком таких интеграторов является трудность построения следящих интеграторов непрерывно изменяющегося уровня входного воздействия. 25

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является интегратор с автоматической коррекцией нулевого уровня, содержащий Оу, инвертируюший вход которого подклю- З0 чен к источнику входного тока,через первый замыкающий ключ соединен с шиной нулевого потенциала и через интегрирующий конденсатор с выходом

ОУ, дополнительный усилитель, выход 35 которого через. второй замыкающий ключ подключен к неинвертируюшему входу ОУ, соединенному через первый запоминающий конденсатор с шиной нулевого потенциала, первый раз- 40 тикающий ключ включен между входом и выходом дополнительного усилителя, вход которого через второй запоминающий конденсатор подключен к общему выводу последовательно соединенных третьего замыкающего и второго размыкающего ключей, включенных между выходом Оу и шиной .нулевого потенциала L-2j

Недостатками известного интегратора являются невозможность использования его в непрерывном режиме отслеживания входного воздействия и трудность изменения времени интегрирования в широких пределах, что ограничивает область применения . .г. сс;

Цель изобретения — расширение диапазона изменения постоянной времени интегрирования и области испольэо вания интегратора.

Для достижения поставленной це- 60 ли в интегратор с автоматической кор. рекцией нулевого уровня, содержащий операционный усилитель, между инвертирующим входом и выходом которого включен интегрирующий конденсатор, управляемый источник входного тока, вход которого является входом интегратора, а выход подключен к инвертируюшему входу операционного усилителя, первый усилитель с изменяемым коэффициентом передачи, выход которого является выходом интегратора, и ключ, введены второй Усилитель с .изменяемым коэффициентом передачи,компаратор, формирователь управляюшегосигнала, задатчик постоянной времени интегрирования и переменный резистор, включенный последовательно с ключом между.инвертирующим входом и выходом операционного усилителя, соединенным с первым входом компаратора и входом первого усилителя с изменяемым коэффициентом передачи, вход второго усилителя с изменяемым коэффициентом передачи соединен с входом интегратора, а выход подключен к второму входу компаратора, причем выход задатчика постоянной времени интегрирования соединен с управляющими входами первого и второго усилителей с изменяемым коэффициентом передачи и средним выводом переменного резистора, а управляющие входы ключа и управляемого источника тока подключены к выходу формирователя управляющего сигнала, входом соединенного с выходом компаратора.

На чертеже приведена функциональная схема интегратора с автоматической коррекцией нулевого уровня.

Интегратор содержит операционный усилитель ОУ 1, между инвертирующим входом 2 которого и входом интегратора 3 включен управляемый источник входного тока 4, состоящий из ОУ 5 и резисторов 6 — 8. Между выходом 9

ОУ 1 и его инвертируюшим входом 2 подключен интегрирующий конденсатор

10, параллельно которому подключена цепь, состоящая из переменного резистора 11, управляемого эадатчиком 12 постоянной времени интегрирования, и ключа 13. Кроме того, выход 9 ОУ 1 соединен с входом 14 компаратора 15 и входом 16 первого (инверсного) усилителя 17 с изменяемым коэффициентом передачи. Вход 18 второго {прямого) усилителя 19 с изменяемым коэффициентом передачи соединен с входом интегратора 3, а его выход 20 соединен с входом 21 компаратора 15, выход 22 которого соединен с входом 23 формирователя управляющего сигнала 24, который управляет ключом 13 и по управляющему входу 25 управляемый источником входного тока 4. Выход задатчика 12 соединен с управляющими входами 26 и 27 первого 19 и второго 17 усилителей с изменяемым коэффициентом передачи и средним выводом переменного резистора 11. Ключ 28 управляется с выхода формирователя 24, 1030814

Интегратор работает в режиме автоматического отслеживания изменяющегося уровня входного воздействия. с постоянной времени Ти, которую .. можно изменять программно в широких пределах (3-3000) с. 5

Схема работает следующим образом.

С помощью программного блока задатчика Ти 12 автоматически или,вручную дискретно или,плавно можно изменять коэффициент усиления второго (пря- 1О мого) усилителя 19 и первого (инверсного) усилителя 17, а также величину переменного резистора 11.

Выходное напряжение прямого усилителя 19 является опорным для вхо- 35 да 21 компаратора 15, на второй вход

l4 которого поступает линейно-изменя ющее напряжение с выхода 9 ОУ 1. Скорость изменения этого напряжения за/ висит от постоянной времени резисто- gp ра 8 и конденсатора 10, от коэффициента усиления источника входного тока и от величины самого входного воздействия bU.

Величина опорного напряжения на входе 21 компаратора 15 также зависит от величины 60 и коэффициента усиления (прямого) .усилителя 19.

Если источник 4 и усилитель 19 работают в линейных усилительных ре-жимах, то время, в течение которого линейно-изменяющееся напряжение на входе 21, будет постоянным, не зави- . сящим от величины входного воздействия ЬП, а будет зависеть толь.ко от параметра Rg С„о резистора 8 и конденсатора 10 и коэффициента усиления К1 усилителя 19 °

Так как Тн — — Rg С Kl,à Rg C > в данном случае величина постоянная, то праграммным изменением коэффициен-40 та kl постоянную интегрирования T„ можно изменять.в широких пределах.

При изменении входного воздействия на величину dU на входе 3 источник входного тока 4 выдает в цепь ин- 45 тегрирования по входу 2 ОУ 1 ток, под действием которого на выходе 9

ОУ 1 появляется линейно-изменяющее напряжение, которое поступает на вход 14 компаратора 15 и вход 16 инверсного усилителя 17.

Это напряжение сравнивается с опорным напряжением компаратора 15, поступающим на вход 21 с выхода прямого усилителя 19, величина которого Зависит от величины входного воздействия и от коэффициента усиления

Kl прямого усилителя 19.

При достижении выходного напряже- . ния с ОУ1 на входе 14 компаратора 15 величины опорного напряжения на входе 21, на выходе 22 его появляется сигнал, воздействующий на формирова-;. тель 24.

Ключ 13, заваакаясь, шунтирует интегрирующий конденсатор 10 переменным резистором 11, величина которого R

С этого момента интегрирующий кон. денсатор 10 прекращает заряжаться и, если д() на входе 3 не будет далее изменяться, на выходе 9 Оуl будет поддерживаться постоянная величина напряжения, равная AU+ а на выходе инверсного усилителя 17 будет поддерживаться напряжение, равное величине Ь0 после срабатывания.компаратора 15, так как коэффициент усиления инверсного усилителя 17 равен K = )IV, Точность автоматического поддерживания неизменным уровня напряжения на выходе 29 интегратора будет определяться величиной гистереэиса компа.. ратора 15 и постоянной времени .Ты.=

=В С „ Q -RA С о .При дальнейшем изменении входного воздействия любого знака интегратор начинает отрабатывать на выходе 29 его интеграл с дальнейшим автоматическим поддержанием неизменным уровня напряжения П=Ъ+ () °

Таким образом, в предлагаемом. интеграторе расширение диапазона изменения постоянной времени достигается тем, что всякое изменение напряжения любого знака на входе вызывает линейное изменение напряжения.на выходе с помощью масштабных усилителей, управляемых задатчиком от ЭВИ или вручную. Это изменение постоянной времени интегрирования произво-: дится без изменения параметров интегрирующей цепи R<.è С д интегратора»

После отработки приращения напряжения на входе интегратор. будет авто матически поддерживать на,выходе напряжение, равное сумме начального напряжения и приращения.

В частном случае устройство будет автоматически поддерживать нулевое выходное. напряжение при нулевом входном.

1030814

Составитель С.Белан

Редактор Н.Джуган Техред Т.Маточка Корректор A.Ïoâõ

Заказ 5215/50 Тираж 706 Подписное

ВНИРПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4