Интегрирующее устройство

 

ИНТЕГРИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО, содержащее основной ьперационный усилитель , инвертирующий вход которого через первый масштабный резистор соединен с источником входного напряжения , интегрирующий конденсатор, включенный между инвертирующим входом и, выходом основного операционного усилителя, являющимся выходом устройства , дополнительный операционный усилитель, неинвертирующий вход которого через второй масштабный резистор соединен с шиной нулевого потенциала , а инвертирующий вход через третий масштабный резистор подключен к выходу основного onepatyiOHHoro усилителя и через четвертый масштабный резистор - к выходу дополнительного операционного усилителя, соединенному через пятый масштабный резистор с неинвертирующим входом основного операционного усилителя и первой обкладкой запоминающего конденсатора 55 вторая обкладка которого подключена сл к шине нулевого потенциала, отличающееся тем, что, с целью повышения точности интегрирования низкочастотных сигналов, в устройство введены шестой масштабный резистоЕ и разделительный конденсатор, соединенные последовательно и включенные между неинвертирующим входом дополнительного операционного усилителя и выходом основного операционного усилителя . ел со о со

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

Ц50 0 06 0 7/186

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

)(21) 3587303/18-24 (22) 03.05. 83 (46) 30.07.84 ° Бюл. Р 28 (72) Л.И.Волгин, A.È.Çàðóêèí и Ю.Г.Тетенькин (71) Ульяновский политехнический институт (53) 681.335(088.8) (56) 1 ° Кар Дж. Проектирование и изготовление электронной аппаратуры.

М.,"Мир",1980, с. 375-379.

2. Грэм Дж., Тоби Дж. Проектиро» вание и применение операционных усилителей. М., "Мир", 1974, с. 233239.

3. Титце У., Шенк К. Полупровод" никовая техника, M., "Мир", 1982, с. 141-144.

4. Волгин Л.И. Аналоговые интегрирующие и дифференцирующие операционные преобразователи. Изд-во Саратовского университета, 1982, с. 92, рис. 47б (прототип).. (54)(57) ИНТЕГРИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО содержащее основной операционный усилитель, инвертирующий вход которого через первый масштабный резистор соединен с источником входного напряжения, интегрирующий конденсатор,,,SUÄÄ 1105903 А включенный между инвертирующим входом и,выходом основного операционного усилителя, являющимся выходом устройства, дополнительный операционный усилитель, неинвертирующий вход которого через второй масштабный резистор соединен с шиной нулевого потенциала, а инвертирующий вход через третий масштабный резистор подключен к выходу основного операционного усилителя и через четвертый масштабный резистор — к выходу дополнительного операционного усилителя, соединенному через пятый масштабный резистор с неинвертирующим входом основного операционного усилителя и первой обкладкой запоминающего конденсатора 3 вторая обкладка которого подключена к шине нулевого потенциала, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности интегрирования низкочастотных сигналов, в устройство введены шестой масштабный резистор» и разделительный конденсатор, соединенные последовательно и включенные между неинвертирующим входом дополни тельного операционного усилителя и М в4 выходом основного операционного уси- ив лителя.

Ж

Ю

СЮ

1105903

35

60

Изобретение относится к аналоговой вычислительной технике и может быть использовано для реализации операции интегрирования, например в ., аналоговых вычислительных машинах.

Известны устройства, в которых для повышения точности операции интегрирования используются операционные усилители (ОУ) с большим коэффициентом усиления (1) и Г2 1

Недостатком известных устройств является наличие погрешности от интегрирования напряжения смещения и входных токов используемого ОУ(31.

Для устранения этого недостатка необходимо принятие специальных мер по компенсации этой ошибки интегрирования (1 ) — (31.

Наиболее близким к предлагаемому является интегрирующее устройство, содержащее резистор, конденсатор, источник напряжения, основной операционный усилитель, выход которого, являющийся одновременно и выходом устройства, через конденсатор соединен с инвертирующим входом основного ОУ, который через последовательно соединенные резистор и источник входного напряжения соединен с общим проводом устройства, и дополнительный ОУ, неинвертирующий вход которого через первый резистор соединен с общим проводом устройства, а инвертирующий вход через второй резистор соединен с выходом основного ОУ и через третий резистор — с выходом своего ОУ, который через четвертый резистор соединен с неинвертирующим входом основного Оу и первым выводом шунтирующего конденсатора, второй вывад которого соединен с общим проводом устройства.

Для устранения ошибки интегрирова-. ния, обусловленной наличием напряжения смещения и входных токов реального ОУ в схеме интегратора-прототипа предусмотрен компенсирующий канал, собранный на дополнительном ОУ . Этот

ОУ обеспечивает на неинвертирующем входе основного ОУ напряжение постоянного тока, пропорциональное постоянной составляющей выходного напряже-50 ния интегратора. Это напряжение вычитается иэ напряжения ошибки интегрирования и при соответствующем выборе параметров схемы компенсирует ее (4 ).

Недостатком прототипа является 55 снижение точности операции интегрирования из-за снижения качества фильтрации переменной составляющей на неинвертирующем входе интегратора при низких частотах входного сигнала.

Целью изобретения являетбя повышение точности интегрирования низкочастотных сигналов.

Поставленная цель достигается тем, что в интегратор, содержащий основ" ной операционный усилитель, инвертирующий вход которого через первый масштабный резистор соединен с источником входного напряжения, интегрирующий конденсатор, включенный между инвертирующим входом и выходом основного операционного усилителя, являющимся выходом устройства, дополнительный операционный усилитель, неинвертирующий вход которого через второй масштабный резистор соединен с шиной нулевого потенциала, а инвертирующий вход через третий масштабный резистор подключен к выходу основного операционного усилителя и через четвертый масштабный резистор - к выходу дополнительного операционного усилителя, соединенному через пятый масштабный резистор с неинвертирующим входом основного операционного усилителя и первой обкладкой запоминающего конденсатора, вторая обкладка которого подключена к шине нулевога потенциала, введены .шестой масштабный резистор и разделительный конденсатор, соединенные последовательно и включенные между неинвертирующим входом дополнительного операционного усилителя и выходом основного операционного усилителя.

На чертеже представлена схема предлагаемого устройства.

Интегрирующее устройство содержит источник входного напряжения 1, первый масштабный резистор 2, интегрирующий конденсатор 3, основной 4 и дополнительный 5 операционные усилители, второй 6, третий 7, четвертый

8, пятый 9 и шестой 10 масштабные резисторы, запоминающий 11 и разделительный 12 конденсаторы.

Устройство работает следующим образом, Собственно операция интегрирования сигнала, поступающего с источника входного напряжения 1, происходит на основном ОУ 4, причем параметры интегрирования определяются сопротивлением резистора 2 и емкостью конденсатора 3. Для компенсации ошибки, обусловлен ной процессом интегрирования напряжения смещения и входных токов, присутствующих на входе ОУ 4, используется компенсирующий канал, собранный на дополнительном ОУ 5.

Из-за наличия разделительного конденсатора 12 на неинвертирующем входе

Оу 5 присутствует только переменная составляющая выходного напряжения

ОУ 4, причем величина его определяется соотношением сопротивлений резисторов 6 и 10 (влияние реактивного сопротивления конденсатора 12 пренебрежимо мало . Дифференциальное включение ОУ 5 при соответствующем выборе сопротивлений резисторов 6, 7, 8, 10 обеспечивает подавление перемен1105903 ной составляющей выходного напряжения ОУ 4 на выходе ОУ 5 и создает напряжение постоянного тока, которое компенсирует напряжение ошибки интегрирования. Резистор 9 и конденсатор 11 обеспечивают додолнительную фильтрацию переменной составляющей выходного напряжения ОУ 5, которая может появиться вследствие какоголибо разбаланса схемы.

Положительный эффект, получаемый 10 при использовании предлагаемого уст- ройства, можно подтвердить расчетом., Выходное напряжение интегратора выходное напряжение ОУ 410 ц, равно

U =-,О, +0 " <+ —." 1, ()вых ех) ок с + вас у ша с/ () о 3 о о/ где U входное напряжение интегра-.. тора;

w — частота входного напряжения;20

И, — выходное напряжение ОУ 5;

R u R - сопротивления резисторов,2 и.9; I

С и Со- емкости конденсаторов .3 и 11.

В свою очередь, выходное напряже(ние ОУ 5 равно к ок ) от

i () "" к"1 (R01 ) еых ко 30

1 где z = R +

) О С °

R„;) Ro, Rqq - сопротивления резисторов 6,7 и 8.

Подставляя выражение (2) в выра- 5 жение (1) после преобразований, получим, -- ех 3ш ос

0 =-(((+И . ®

40 где погрешl (а

3eRоC ))R +z L R R /1+>u!RC о K 1 01 о (о

Г

)ай с ) R +z„R R 1 )чiкс ность интегрирования.

При условии шР„ср»1 (как и в случае интегратора-прототипа), что обеСпечивается соответствующим выбором сопротивления Р„ резистора 10 и емко сти Ср конденсатора 12, погрешность интегрирования имеет вид

)шит с Р +й. (Р (+)щрс

1 1 к 02 02 1

+ +1— . „,,(lc a о / о ) о

f где RÄ - сопротивление резистора 10, С - емкость конденсатора 12.

Из выражения (4) видно, что при выполнении условия Рк =R, и Ro = R 2 погрешность интегрирования у равна нулю, а функция передачи интегратора становится линейной.

Таким образом, погрешность интегрирования у, при равных условиях со схемой интегратора-прототипа(шР„с »1), может быть сведена к нулю путем соответствующего выбора резисторов компенсирующего канала, в отличие от интегратора-прототипа, где погрешность интегрирования З не равна нулю.

Все приведенные расчеты доказывают повышение точности интегрирования низкочастотных входных сигналов по сравнению с прототипом, что и обуславливает технико-экономическую эффективность предложенного устройства.

1105903

Составитель С.Тимохина

Редактор С.Тимохина Техред М. Кузьма Корректор В. Гирняк

Заказ 5б03/39 Тираж 699 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР до делам изобретенией и открытий

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

Филиал ППП "Патент", r.Óæroðoä, ул.Проектная, 4