Аналоговый интегратор

 

АНАЛОГОВЫЙ ИНТЕГРАТОР, содержащий интегрирующий усилитель, вход которого соединен через переключатель с источниками входного и компенсирующего напряжений, компаратор и триггер, первый вход которого подключен к выходу компаратора, a первый и второй выходы подключены соответственно к управляющему входу переключателя и входу суьмирующего хронометра, отличающийся . тем, что, с целью повышения точности и расширения диапазона входных сигналов , в него введены инвертор, генератор тактовых импульсов, запоминающий конденсатор и ключ, управляющий вход которого подключен к первому выходу триггера, интегрирующего усилитепя через инвертор соединен с первым входом компаратора, второй вход которого подключен к одной из обкладок запоминающего конденсатора , соединенной через ключ с выходом интегрирующего усилителя, г другая обкладка запоминающего конденсатора соединена с шиной нулевого потенциала, a второй вход триггера подключен к выходу генератора тактовых импульсов . 1C 00 JN5

СО1ОЗ СОВЕТСНИХ

COUN

РЕСПУБЛИН

З(Я1 С 06 G 7/186

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

Н АВТОРСНОМУ. СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3637270/24-24 (22) 30.08.83 (46) 07..1 2. 84, Бюл. Ф 45 (72) А.Н.1(могилевский (71) Ордена Ленина института гесхимии и аналитической химии им. В.И.Вер1 надского (53) 681. 335 (088. 8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

11(374618, кл. G 06 G 7/18, 197,1.

2. Авторское свидетельство СССР

У 896634, кл. G 06 G 7/186, 1980 (прототип}. (54)(57) АНАЛОГОВЫЙ ИНТЕГРАТОР, содержащий интегрирующий усилитель, вход которого соединен через переключатель с источниками входного и компенсирующего напряжений, компаратор и триггер, первый вход которого подключен к выходу компаратора, а первый и второй выходы подключены

„SU„„3 128271 соответственно к управляющему входу переключателя и входу суммирующего хронометра, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и расширения диапазона входных сигналов, в него введены инвертор, генератор тактовых импульсов, запоминающий конденсатор и ключ, управляющий вход которого подключен к первому выходу триггера, выход интегрирующего усилителя через"инвертор соединен с первым входам компаратора, второй вход которого подключен к ( одной из обкладок запоминающего кон" денсатора, соединенной через ключ с выходом интегрирующего усилителя, другая обкладка запоминающего конденсатора соединена с шиной нулевого потенциала, а второй вход триг"ера подключен к выходу генератора так товых импульсов. теля уменьшается. В момент равенства модулей входного и выходного напряжений импульс компаратора через триггер управления переключателем выключает источник компенсирующего напряжения и все процессы цикличес. кй повторяются. Величина интеграла оценивается по суммарной продолжительности включения источника компенсирующего напряжения, измеряемой суммирующим хронометром. Поскольку уровни проинтегрированного сигнала, соответствующие моментам включения и выключения источника компенсирующего напряжения, равны (по модулю) входному напряжению, длительности отдельных циклов интегрирования не увеличиваются при уменьшении величины входного напряжения. Поэтому погрешность интегрирования практически не зависит от величины входного. напряжения (2) .

Недостатками известного интегратора являются ограниченный сверху диапазон входных сигналов и уменьшенная величина входного сопротивления которые обусловлены тем, что входное напряжение помимо интегрирующего усилителя подается также на вход одного из блоков формирования модуля знакопеременного сигнала. Такие блоки обычно выполняются по схеме выпрямителей среднего значения на основе операционных усилителей, допустимая величина входного напряжения которых не превышает 10-15 В. При установке на входе блока формирования модуля делителя можно расширить диапазон входных сигналов, однако при этом происходит дополнительное снижение величины входного сопротивет дополнительная погрешность эа счет нестабильности сопротивления делителя.

Цель изобретения — повышение точности и расширение диапазона входных сигналов..

Поставленная цель достигается тем, что в анапоговый интегратор, содержащий интегрирующий усилитель, вход которого соединен через переключатель с источниками входного и компенсирующего напряжений, компаратор и триггер, первый вход которо1 128271 2

Изобретение относится к электрон- ния переключателя на вход интегриной измерительной технике, в частнос* рующего усилителя поступает сумма ти к электронным аналоговым интегра- входного и компенсирующего напряторам двигательных процессов, и мо- ° жений и выходное напряжение усилижет быть использовано, например, в кулонометрии с контролируемым потен- циалом, Известен электронный аналоговый интегратор, содержащий интегрирующий усилитель, источник компенсирую- 10 щего эталонного напряжения, гистерезисный переключатель л суммирующий хронометр.

В этом интеграторе интегрирование измеряемого входного сигнала. осуществляется циклически — сначала интегрируется входной сигнал, затем сумма входного и компенсаццонного сигналов. Включение и выключение компенсационного сигнала осущест- уо вляется гистерезисным переключателем по достижении выходным сигналом.интегрирующего усилителя определенных значений. Величина интеграпа оценивается по суммарной продолжительности 25 включения компенсационного сигна- 1 à Ц.

Недостатком данного интегратора является возрастание погрешности интегрирования при уменьшении величины входного сигнала вследствие увеличения длительности отдельных циклов интегрирования.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является ана35 логовый интегратор, содержащий интегрирующий усилитель, источник компенсирующего напряжения, переклюыатель блоки формирования модуля зна1

40 копеременного напряжения, компаратор.и триггер управления переключа- . телем и суммирующим хронометром.

При работе известного интегратора .входное. напряжение поступает на интегрирующий усилитель через

45. ления интегратора, а также возникапереключатель. Выходное напряжение усилителя увеличивается и поступает на вход блока формирования модуля знакопеременного сигнала. На вход другого аналогичного блока поступает входное напряжение. Выходные сигналы блоков. формирования модулей знакопеременных сигналов сравниваются компаратором. В момент равенства сигнапов на входе компаратора 55 последний вырабатывает пусковой импульс для триггера управления переключателем. В результате срабатыва.

1128271

ro подключен к выходу компаратора, а первый и второй выходы подключены .соответственно к управляющему входу переключателя и входу суммирующего хронометра,. введены инвертор, генератор тактовых импульсов, запоминающий конденсатор и ключ, управляющий вход которого подключен к первому выходу триггера, выход интегрирующего усилиталя через ннвертор Iq соединен с первым входом компаратора, второй вход которого подключен к одной из обкладок запоминающего конденсатора, соединенной через ключ с выходом интегрирующего усилителя, другая обкладка запоминающего конденсатора соединена с шиной нулевого потенциала, а второй вход триггера подключен к выходу генератора тактовых импульсов. 2О

На фиг.! приведена структурная электрическая схема аналогового интег ратора; на фиг. 2 — временные диаграммы, иллюстрирующие работу интегратора. 25

Аналоговый интегратор (фиг. 1) содержит интегрирующий усилитель 1, вход которого через переключатель 2, управляемый синхронно с ключом 3, соединен с источниками 4 и 5 вход30 ного и компенсирующего напряжений соответственно, которые включены встречно. Выход усилителя 1 соединен с аналоговым инвертором 6, через конденсатор 7 — с инвертирующим входом усилителя 1 и через, ключ 3 — с запоминающим конденсатором 8 и одним из входов компаратора 9. Другой вход компаратора 9 соединен с выходом инвертора 6. Установочные входы триггера 10 подключены к выходам компаратора 9 и генератора 11 тактовых импульсов. Выходы триггера 10 соединены с управляющими входами переключателя 2, ключа 3 и суммирующет о хронометра 12.

На фиг.2 изображены входное (измеряемое! напряжение, выходное напряжение усилителя, импульсы генератора 11, напряжение на первом входе компаратора 9, напряжение на втором входе компаратора. 9, напряжение на выходе комйаратора 9, напряжение на выходе триггера 10.

Кроме того, обозначены моменты включения t, t2, tq и т.д, а также моменты выключения С,, й2, и т..д. источника компенсирующего напряжения.

При практическом, осуществлении интегратора переключатель 2 может быть выполнен, например, в виде электромагнитного (герконного) реле, обмотка которого включена на выход триггера 10. В качестве триггера IO можно использовать 35 -триггер, а в качестве инвертора 6 — операционный масштабный усилитель с коэффициентом передачи "-I". Компаратором может служить любой дифференциальг„.-.ré усилитель постоянного тока.

Устройство работает следующим .образом.

Входное напряжение (фиг.2а) от источника 4 поступает.на вход интегрирующего усилителя 1 через переключатель 2. Выходное напряжение (фиг. 2 ) усилителя 1 начинает увеличиваться. Одновременно увеличивается напряжение на запоминающем конденсаторе 8.и на соединенном с ним вторым входом компараторе 9 (фиг.2))

Напряжение на первом входе компаратора 9 (фиг.22) повторяет по величине напряжение на входе усилителя 1 (фиг. 23), но отличается от него полярностью из-за использования инвертора 6. В момент С1 прихода импульса (фиг.2 ) генератора ll триггер 10 опрокидывается (фиг. 2 ж ) и воздействует на управляющий вход переключателя 2 и ключа 3. При этом к входу усилителя 1 через переключатель 2 подсоединяются встречно включенные источники 4 и 5 входного и компенсирующего напряжений. Одновременно выходным сигналом триггера 10 включается суммирующий хронометр 12.

Вследствие интегрирования суммы напряжений источников 5 и 4 выходное напряжение усилителя 1 начинает уменьшаться, а затем меняет свою полярность (фиг.2о) ° Напряжение на первом входе компаратора 9 (фиг.22) повторяет.(в обратном полярности) напряжение на выходе усилителя I a напряжение на втором входе компаратора 9 остается неизменным (фиг.2g), так как запоминающий конденсатор 8 от. ключен от входа усилителя 1 ключом 3.

В момент 11 величины напряжений на входе меняет свой знак (фиг.2e). Перепад напряжения на выходе компаратора 9 опрокидывает триггер 10 в исходное состояние (фиг.24 ). При этом переключатель 2 отключает источник 5 компенсирующего напряг.ения на входе усилителя 1 и подключает ключом 3

3 11282 запоминающий конденсатор 8 к выходу усилителя 1. .Одновременно выходным сигналом триггера 10 выключается суммирующий хронометр 12. На вход интегрирующего усилители 1 поступает напря- жение источника 4, выходное напряжение усилителя 1 начинает увеличив атвся. В .момент 1 прихода следующего импульса тактового генератора 1.1 триггер 10 снова опрскидывает- 10 ся и все процессы с циклическим включением (моменты t<, t, t<и т.д.) и выключением (моменты й,, а, С3 и т.д.) источника 5 компенсирующего напряжения и суммирующего хронометра 12 повторяются в течение всего времени интегрирования. Величина интеграла оценивается по суммарной продолжительности включения источника

7l, компенсирующего напряжения, измеряемой суммирующим хронометром.

По сравнению с известным устройством предлагаемое характеризуется бо,лее широким диапазоном входных сигналов, ограниченным сверху лишь величиной компенсирующего напряжения (макет предложенного интегратора при компенсирующем напряжении 100 В позволяет интегрировать сигнал величиной до 90-95 В, что в 6-10 раз больше, чем у известного, при использова" нии той же элементной базы}.

Кроме того, более высокое входное сопротивление обусловлено отсутствием каких-либо схемных элементов на входе интегрирующего усилителя, кроме резистора — звена обратноР связи