Интегратор с автоматической коррекцией нулевого уровня
ИНТЕГРАТОР С АВТОМАТИЧЕСКОЙ КОРРЕКЦИЕЙ НУЛЕВОГО УРОВНЯ, содержащий первый операционный усилитель, инвертирующий пко; к(торого подклю4eit к ист
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (19) (11) З(51) С 06 С 7 18
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Н ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3583498/18-24 (22) 25.04.83 (46) 23.07.84. Бюл. Р 27 (72) A.И.Валяев, Г.П.Г>елаш, Ульф Рихтер (ГЛР) и Г.fI.Качанов (71) Ленинграцский ордена Ленина электротехнический институт им. В.И.Ульянова (Ленина) (53) 681.335(088.8) (56) 1. Патент С!ПА N 3667055, кл. 330-9, опублик. 1976.
2. Авторское свидетельство СССР
К 811285, кл. (06 (7/18, 1978 (прототип). (54) (57) ИНТЕГРАТОР С АВТОМАТИЧЕСКОЙ
КОРРЕКЦИЕЙ НУЛЕВОГО УРОВНЯ, содержащий первый операционный усилитель, инвертирующий вход которого подключен, к источнику входного тока, первой обкладке интегрирующего конденсатора и через первгпй замыкающий ключ соелинсн с шиной нулевого потенциала, второй оги рационный усилитель, выход которого через второй замыкающий ключ подключен к неинвертирующему входу первого операционного усилителя, соединенному через первый запоминающий конденсатор с шиной нулевого потенциала, инпертирующий вход второго операционного усилителя соединен с первой обкладк«и второго запоминающего конденс lT«pA и через первый размыкающий ключ — с его выходом, вторая обкладка второго запоминающего конденсатора соединена с первым выходом третьего замыкающего ключа и через второй размыкающий ключ подключена к шине нулевого потенциала, и четвертый замыкающий ключ, отличающийся тем, что, с целью повьппения точности интегрирования, в него введены третий операционный усилитель, третий размыкающий ключ, причем выход первого операционного усилителя подключен б к неинвертирующему входу третьего операционного усилителя, инвертирующий вход которого соединен с второй обкладкой интегрирующего конденсатора и через четвертый замыкасипий а ключ подключен к шине нулевог.о потен-циала, третий размыкающий ключ включен между инвертирующим нх«лом и выходом третьего операционного усилителя, соединенным с вт«рым выводом третьего замыкающего ключа, а неинвертирующий вход второго «пс рационн«го усилителя соединен с пвгной нулевого потенциала.
1 1104539 1
10!
20 тора.
50
«<13абрез (ние (}тиасит(.я к 3л< «c} 3 )нике и рлдиот< x!IHI(е и мажет б<}ть исиольЗаВлна н рл 3. 113чиых уст(3<э}3(1 13лх а<Втов
МЛТИКИ H И 3М(}РИТЕ<}ЬНО.! ТРХ<3ИК}1, Из»ес 1 ОУ. К инвертирующему входу основного ОУ по«}кл}<3}еды и(точник «зхадиого токл, иитегрирующии конденсатор и входной ключ, «тарой нынад которого подключен к общей (нулевой) шине интегрлТакие интеграторы позволяют понысить точность интегрирования входного воздействия эл счет компенсации напряжения смещения (и его дрей(«}л) основного Оу $13. Однако напряжение смещения компенсируется неполностью, что обусловлено запоминанием напряжения смещения и на иитегрируюи}ем конденсаторе. Кроме того, на интегрирующем конденсаторе запоминается на«}ряжение смещения дополнительнога усилителя, что также снижает то<«ность интегрирования. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является интегратор с автоматической коррекцией нулевого уровня, содержащий первый и второй ОУ, замыкающие и размыкающие ключи, интегрирующий конденсатор, первый и второй запоминающие конденсаторы, причем инвертирующий вход первого ОУ подключен к источнику Входного тока, через первый эамь}хающий ключ соединен с шиной нулевога потенциала и через интегрирующ««й конденсатор — с Выходом ОУ, выход второго ОУ через второй замыкающий клич подключен к неинвертирующему входу псрваго ОУ, соединенному через первый запоминающий конденсатор . . и;иной нулевого потенциала, инвертирующий вход второго ОУ через третий замыкающий ключ соединен с ега выходом и через второй запоминающий конденсатор подключен к общему «ынаду последовательно соединенных четвертог(и пятого замыкающих ключей, }3}(JI}3«ь иных между выходам первого ОУ и шиной нулевого пот<1<и}}л.чл, выход первого ОУ я}3.}яетс я»ыход(M устройства f 2 1. Недостатком и 313(стио} о у(.тр(и< T«3з является неполная комп(нс " Целью изобретения я}Зля ется по}3ьш}ение точности интегрирования путем устранения напряжения погрешности на интегрирующем к(}нде}I(. «òîðå. Поставленная цель достигается тем, что в интегратор с автоматической коррекцией нуле«ого уровня, содержащий первый оперлцио»ный уси и}тель, инвертирующий вход котарога подключен к источнику входного тока, первой обкладке интегрирующего конденсатора и через первый замыл(лю}<}ий ключ соединен с шиной }}улевогo патеH циала, второй операционный усил}3те«}ь, выход которого через второй замыкающий ключ подключен к иеиинертирующему входу первого операционного усилителя, соединенному через первый запоминающий конденсатор с шиной нулевого потенциала, инвертирующий вход второго операционного усилителя соединен с первой обкладкой второго запоминающего конденсатора и через первый раэмъ}кающий ключ — с его выходом, вторая обкладка второго запоминающего конденсатора соединена с первым выходом третьего замыклюЩЕГО КЛЮЧа И ЧЕРЕЗ ЯтаРО}! РаЗМЫКаЮщий ключ подключена к шине нулевого потенциала, и четвертый замыкающий ключ, введены третий операционный усилитель и третий размыкающий ключ, причем выход первого операционного усилителя подключен к неиннертирующему входу третьего опера}!Ионного усилителя, инвертирующий вход которог(3 соединен с второй обкладкой интегрирующего конденсатора и через четвертый замыкающий ключ подключен к шине нулевого потенциала, третий размыкающий ключ включен между инвертирующим входом и выходом третьего операционного усилителя, соединенным с вторым выводом третьего замыкающего ключа, а неинвертирующий нход второго операционного усилителя соединен с шиной нулевого потенциала. Сущность изобретения зак««ю} I(?тся в том, что в режиме запо}!Иил}}ия }}лп1104539 ряжения компpíñàöèè обp обкладки интегрируемого конденсатора оказываются соединенными с шиной нулевого потенциала, что устраняет запоминание напряжения погрешности на интегрирующем конденсаторе. На чертеже приведена функциональная схема интегратора с автоматической коррекцией нулевого уровня. 1О Интегратор содержит источник 1 входного тока, первый замыкающий ключ 2, первый запоминающий конденсатор 3, интегрирующий конденсатор 4, первый операционный усилитель 5, 15 второй. замыкающий ключ 6, первый размыкающий ключ 7, второй операционный усилитель 8, третий операционный усилитель 9, четвертый замыкающий 10 и третий размыкающий 11 ключи, второй 20 запоминающий конденсатор 12, третий замыкающий 13 и второй размыкающий 14 ключи. Между инвертирующим входом ОУ 5 и шиной нулевого потенциала включены источник .1 входного тока и замыкающий ключ 2, а между неинвертирующим входом ОУ 5 и шиной нулевого потенциала — первый запоминающий конденсатор 3, интегрирующий конденсатор 4 включен между инвертирующими входами ОУ 5 и ОУ 9, замыкающий ключ ЗО 6 включен между выходом ОУ 8 и не инвертирующим входом ОУ 5, размыкающий ключ 7 включен между выходом ОУ 8 и его инвертирующим входом, неинвертирующий вход ОУ 8 соединен с шиной нулевого потенциала, инвертирующий вход ОУ 8 через второй запоминающий конденсатор 12 соединен с общим выводом последовательно соединенных замыкающего 13 и размыкающего 4О 14 ключей, включенных между выходом ОУ 9 и шиной нулевого потенциала, размыкающий ключ 11 включен между выходом ОУ 9 и его инвертирующим входом, замыкающий ключ 10 включен между инвертирующим входом ОУ 8 и шиной нулевого потенциала. Инвертирующий вход ОУ 9 является выходом устройства. В качестве ОУ 5 и 8 могут быть использованы ОУ широкого применения с полевыми транзисторами во входном каскаде, имеющие малую величину входного тока и большое значение коэффициента подавления инфазного сигнала. Таким требованиям удовлетво- >> ряет ОУ типа 140УД8А. В качестве ОУ 8 может быть использован любой ОУ широкого применения, например 153УД2. В качестве ключей 2, Ь, !, 10, 11, 13 и 14 могут быть использованы две микросхемы K590KR5, каждая из которых содержит четыре це-зависимых КМОП ключа. Конденсаторы 3, 4 и 12 должны иметь минимальный ток утечки и малую постоянную времени поля. Интегратор с автоматической кор рекцией нулевого уровня работает в двух режимах: режиме запоминания компенсирующего напряжения и в режиме интегрирования. В режиме запоминания компенсирующего напряжения ключи 2, Ь, 10 и 13 замкнуты, а ключи 7, 11 и 14 разомкнуты. Замкнутый ключ 2 отключает источник входного тока и совместно с замкнутым ключом .10 обеспечивает обнуление конденсатора 4. Замкнутый в этом режиме ключ Ь обеспечивает подключение выхода ОУ 8 к конденсатору 3, а замкнутый ключ 13 — подключение выхода ОУ 9 к конденсатору 12. В результате на конденсаторе 3 устанавливается компенсирующее напряжение U„, равное 2 3 к 01 1+1 9 к \, 02 с12/ 1+1 ф 1< 12 З 1 2 3 г ь - 0з 1.Ъ 1 1 Z 3 где -о о» "оз напряжение смещения нуля 5, 8 и 9 ОУ соответственно, 1с1,1,1 З вЂ” коэффициенты передачи 5, 8 и 9 ОУ соответст«е % с12. 2 1 % 2 (2) При отсутствии входного возлействия выходное напряжение интегратор» Р„м„ в режиме интегрирования определя тся следующим выражением венно. Uc12 — напряжение на конденсаторе 12. Напряжение на интегрирующем конденсаторе 4 в этом режиме равно нулю (UC4- =О) ° В режиме интегрирования ключи 2, 6, 10 и 13 разомкнуты, а ключи 7, 11 и 14 замкнуты. В этом режиме, помимо интегрирования входного воздействия, осуществляется запоминани< напряжения смещения нуля Е, 8 ОУ на конденсаторе 12 1 1П4 > 39 А(3 3??И 3 ГХРМ! I IIP(;! ?Л Г:3 ("!С> <>»/< Т P< lf(T?3Л С: V×ÐÒOÌ НЛ I P »> 3К>3 IPHH<3(IHT К! -t> )»--«-О + . -- > — +-! (Э) »! пЯ f1 < P < I Л Т(»If!(«lf 1 .> 3 — -- .< р(c pR, с HF(T erpл тор;3 . В обллстИ MQ Th(? . ?31»РМ(II !lpH ((3 (/ ) ИМРЕ .M ((ы?< {,а(33 м} (с 1<, k„(т ) ),i!33 k{P)1 1 R R k » р- 1+ — + — {1+k +((1 I ?S R Г 3 3! >> у известного устройства выражение для вь(ходногп напряжения интегратора имеет с.f(J(yp>f<>H ьч(д -t3Û < 1>з срлв>(Р?(и?! выражений (5) и (б) >(?I(T C «{ р) =о Р -7 < Компенс "»((è и погрев(ности. Зкономические прс имуl!I(с тнл прелПри работе в режиме интггриронлн>(я ллгае fnro у."тройгтнл злк:!P>»aafT< я сопротивление замкнутого ключа 11 v(.тр а((Р нии II<3< т Г> оГ (((ьf?! «и(рл пий (òция ор! анон р(Гулир<>(>кп. ВНИИПИ Заказ ЫВ4/37 Ти аж 699 Подписное Филиал IIIUI Патент", г. Ужгород,ул.Проектная, 4 гдР T =- R (,, ?3(,fxo!3!Io(3 сопроти(3ление ис— Ti <(flHK ? 1 I3X(>.IH(> I o С вЂ” 33(J(I (Г т и инте гр ируюII((г > ко((IFH(-лтпрл I3PГМЯ ИНТ((>3((PО?3ЛНHЯ, 1IpFf ff //((3 H(lf»f !3xo, (Ho!«l (3<>3/TeHc T?3HH из (1), (2) и (3) пс>сле преобрлзонлни я и?(е«e(м р е е (3 Ог Р (Принебрегая члсF(oM I>l fc(tleгo порядка малости и полагая К1 / 1 К2 ?/ 1, K3 ?? 1 ныр 3?>(el(f3((4) мож?(о 3 апис <(ть н видe ПРаКтИЧЕСКИ Il(УХУДШаЕт ПРРР;(Л-. ОЧНо(! фу?I!i!(HI! и (теграторл, что д(Гтиглетгя за с ILT нключеиия ключа 11 F3 II, llf обратной снязи ОУ 9. Г <)«у »"кпии ннтегрлт >I>;3 ()< {» (1+ — -+ {1+ k < k к R » Р „ З (3) 1+ (: (о pRC+ — -«+pRC)+ - ---- prC< — {1-рГС) )„(, К„, ! Д (« > С О ПРО TH !3ЛР f! H(ff
F3tгр(3жРния (7) c I<. »(i"(т, > I.<> пр((К1 <с (i (>3 1< {р) = — — —— (с ис 1 т . е, получаем Ffe(ý е ?(IT <« 1 н »>»> <)>у ?(к пик т, Р. ".а снеT обрат>(о>г сня и нлия?(и» <.опроти?>ления зл.ff(flyò Гп клк <л 11 ослабляется н К1 КЗ р;3 3. При исп . >ь— зпвлнии современных с(У 1лс< пнпгп 3(3 применения К1 К> 1П, чт поз<п— (?Ри изГОтон Ie?IHH vCTp<>(!ÃТН;3 а ГЛкжс F3 УПРО(?(Е НИИ 3 К Cll. (? Л Т Л 3(ИИ и (I(«?3t»tf!! Р I ИИ (0 надежности работы ?(ГJI(Д< . Tf3>f
