Аналоговый интегратор

 

Изобретение относится к аналоговой вычислительной технике. Цель изобретения - повышение точности и увеличение времени интегрирования. Интегратор содержит п основных интегрирующих усилителей, аналого-цифровой преобразователь с выходами младших разрядов, цйфроаналоговый преобразователь , блок формирования корректирующих импульсов, два п-позиционных переключателя , генератор тактовых, импульсов , а также для каждого интегрирующего усилителя по одному фильтру нижних частот, блоку дифференцирования , экстраполятору, дополнительному интегрирующему усилителю,электрометрическому конденсатору,паре синхронно , управляемьк ключей, выпрямителю, триггеру Шмитта, формирователю управляющих импульсов. Повьшгение точности .достигнуто за счет введения режима, при котором входной ток интегрируется пассивным электрометрическим конденсатором , заряд которого циклически передается основному интегрирующему усилителю . В интервалах накопления заряда электрометрическим конденсатором напряжение на основном интегрирующем усилителе поддерживается неизменным за счет применения коррекции. 1 ил. (О to |00 оо

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН,.Я0„„12З97ЗО А1 (gg 4 G 06 G 7/186

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К A ВТОРСНОМЪ(СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3641500/24-24 (22) 12.09.83, (46) 23.06.86. Бюл. 9 23 (72) И.A..Ñóìöîâ (53) 681.335(088.8) (56) Смолов В.Б. Аналоговые вычислительные машины. — М.: Связь, 1972, с.20.

Вычислительная техника /Под ред.

Г.Д.Хаски и Г.А.Кориа.- N. — Л;: т.1, 1964, с. 225.

Патент США Р 3784919, кл. 328-127, опублик.. 1974. (54) АНАЛОГОВЫЙ ИНТЕГРАТОР (57) Изобретение относится к аналоговой вычислительной технике. Цель изобретения — повьппение точности и увеличение времени интегрирования. Интегратор содержит и основных интегриру" ющих усилителей, аналого-цифровой преобразователь с выходами младших разрядов, цифроаналоговый преобразователь,:блок формирования корректирующих импульсов, два и-позиционных переключателя, генератор тактовых.импульсов, а также для каждого интегрирующего усилителя по одному фильтру нижних частот, блоку дифференцирования, зкстраполятору, дополнительному интегрирующему усилителю,злектрометрическому конденсатору, паре синхронно, управляемых ключей, выпрямителю, триггеру Шмитта, формирователю управляющих импульсов. Повьппение точности достигнуто за счет введения режима, при котором входной ток интегрируется пассивным электрометрическим конденсатором, заряд которого циклически передается основному интегрирующему уси лителю. В интервалах накопления заряда злектрометрическим конденсатором напряжение на основном интегрирующем усилителе поддерживается неизменным за счет применения коррекции. 1 ил.

1239730

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в аналоговых вычислительных системах, машинах и устройствах хранения и переработки информации.

Цель изобретения — повышение точности интегрирования и увеличение времени интегрирования беэ снижения точности

На чертеже представлена схема àíà- >0 логового интегратора для случая одного интегрирующего усилителя.

Интегратор содержит и интегрирующих усилителей 1, аналого-цифровой преобразователь 2 с выходами младших . разрядов 3, цифроаналоговый преобразователь 4, блок 5 формирования корректирующих импульсов, два и-позиционных переключателя 6 и 7, генератор 8 тактовых импульсов, а также для каждого 20 интегрирующего усилителя по одному фильтру 9 нижних частот, блоку 10 дифФеренцирования, экстраполятору 11, дополнительному интегрирующему усилителю 12, электрометрическому конденсато-25 ру 13, паре синхронно управляющих ключей 14 и 15, выпрямителю 16, триггеру

Шмитта 17, формирователю 18 управляющих импульсов, содержащему, например, выпрямительное звено 19 и эле- 30 мент И 20. . Интегратор работает следующим образом.

При отсутствии входного тока в иде" 35 альном случае выходные напряжения на выходах интегрирующих усилителей 1 должны оставаться постоянными, Однако из-за неидеальности интегрирующих конденсаторов, а также из-за не равных нулю внутренних входных токов опе. рационных усилителей и иэ-за паразитных токов утечек имеет место дрейф или уход этих напряжений.

С приходом очередного импульса на управляющий вход переключателя 6 последний срабатывает и осуществляет пе-. реключение входа аналого-цифрового преобразователя 2 на выход следующего интегрирующего усилителя 1. Под действием тактового импульса с генератора 8 аналого-цифровой преобразователь

2 запускается и начинает преобразовывать аналоговое значение напряжения интегрирующего усилителя 1 в цифровое, М так что при наличии полного регистра результата в блоке 2 в нем по окончании цикла преобразования зафиксирован, цифровой эквивалент упомянутого напряжения.

Пусть, например, цифровой эквива-. лент напряжения оказался равным

74,2315 В, причем в группу старших разрядов входит код иэ первых пяти цифр, а в группу младших разрядов на выходе младших разрядов 3 входит последняя, шестая цифра, в данном примере эта цифра 5. Аналоговый эквивалент этого кода (цифры "5 ) может быть принят равным опорному напряжению в блоке 5, так что их разность равна нулю и корректирующий импульс в этом случае нулевой (т. е. отсутствует). В одном иэ следующих циклов в работе переключателей 6 и 7 на выходе этого же интегрирующего усилителя 1 за счет дрейфа напряжение может несколько измениться, например оно составляет 74,2317 В, так что все старшие разряды остаются теми же, а самый младший разряд несколько изменяется„ в данном случае на две единицы, и корректирующий импульс с выхода блока 5 поступает на вход соответ- ствующего интегрирующего усилителя

Таким образом, поскольку величина корректирующего импульса пропорциональна отклонению кода младших разря дов от некоторого опорного, то напряжение снова становится равным исходному на данном интегрирующем усилителе. Таким образом, сохраняется напряжение на каждом интегрирующем усилителе t „

Описанная коррекция имеет место лишь при медленном самопроизвольном изменении выходных напряжений интегрирующих усилителей. Коррекция ограничена по амплитуде: она влияет лишь на последний разряд цифрового эквивалента выходного напряжения электронных интеграторов, т. е. может изменить напряжение соответствующего интегрирующего усилителя лишь на тысячные доли процента за один цикл работы переключателей 6 и 7. Длительность одного цикла определяется временем, в течение которого самопроизвольный уход напряжения имеет порядок величины разрешающей способности аналогоцифрового преобразователя 2.

При больших интегрируемых токах напряжение изменяется в старших разрядах цифрового эквивалента и описанная коррекция на это не влияет.

1239730

Однако, когда интегрируемые токи по порядку величины близки к токам утечек и дрейфа, их непосредственная подача на интегрирующие усилители 1 не позволяет осуществить интегрирование с высокой точностью, так как помимо собственной погрешности интегрирующих усилителей, появляется еще по. грешность, обусловленная цепями кор,рекции в виде блоков 2-8 интегратора, 10 которые по крайней мере часть полезного сигнала воспринимают как дрейф и его компенсируют. В этом случае вводятся в работу еще блоки 9-18, которыми снабжен каждый интегрирую- 15 щий усилитель 1. При малых токах интегрирования сигнал на выходе блока дифференцирования оказывается малым по абсолютной величине, которую выдеделяет блок 16, и триггер Шмитта 17 20 срабатывает, запуская формирователь

18 управляющих импульсов на режим размыкания ключей 14 и 15. При этом входной ток, подлежащий интегрированию, поступает на электрометрическую 25 обкладку конденсатора 13. На интервалах времени, когда ключ 14 разом— кнут, соответствующий интегрирующий усилитель 1 работает в режиме корекции дрейфа, т. е. сохраняет значение выходной величины неизменной. Напряжение на электрометрическом конденсаторе 13 при этом определяется интегралом от входного тока с момента размыкания ключей 14 и 15. Заряд на элект35 рометрической обкладке этого конденсатора в точности равен интегралу от входного .тока, так как при разомкнутом ключе 14 никаких других цепей к этой обкладке не присоеди- 40 нено. Теоретически, конденсатор 13 имеет некоторую утечку, заряда, обусловленную неидеальностью изоляции.

Однако эта утечка ничтожно мала по сравнению с утечкой в интегрирующем 45 конденсаторе соответствующего интегрирующего усилителя 1. Дополнительный интегрирующий усилитель 12 в значительной мере компенсирует уход потенциала. На его вход поступает сигнал, 50 соответствующий предсказанному значению входного тока, так что напряжение на конденсаторе 13 компенсируется напряжением с выхода дополнительного ин гегрирующего усилителя 12 (частично или полностью) и потенциал электрометрического конденсатора со стороны его ,обкладки, связанной с входными цепя- ми и ключом 14, поддерживается близ- . ким к нулевому.

Когда ожидаемое напряжение на конденсаторе 13 оказывается большим заданной предельной величины, формирователь 18 дает короткий импульс на замыкание ключей 14 и 15. При этом saряд с конденсатора 13 переходит на конденсатор в цепи обратной связи интегрирующего усилителя 1. Если, в силу ограничепности времени замкнутого состояния ключей 14 и 15, этот заряд переходит не полностью, это также не вносит существенной погрешности в ра боту устройства, так как этот заряд переходит на следующий цикл. Точно также не вносят значительной погрешности и другие обычные помехи. Например, при размыкании ключей обычно возникает паразитный заряд. Этот случай сводится к предыдущему, где рассматривается остаточный заряд из-sa ограниченности времени разряда. Благодаря тому, что малый интегрируемый ток накапливается в конденсаторе 13 значительное время, при разряде добавка напряжения в интегрирующем усилителе

1 касается старших разрядов, так что этот разрядный импульс не нейтрализован цепями коррекции дрейфа 2-8. Час- тота циклов разряда зависит от величины входного тока, точнее, предсказанного входного тока, и с увеличением частоты циклов при увеличении входного интегрируемого тока период накопления заряда на конденсаторе 13 уменьшается, приближаясь к периоду об- . хода интегрирующих усилителей переклю-. чателями 6 и 7. При этом формирователь

18 переходит в режим постоянно. замк- нутых ключей 14 и 15, и блоки 9-18 перестают оказывать влияние на работу интегратора.

Таким образом„ осуществляется автоматический выбор режима, обеспечивающего наибольшую точность решения.

Формула изобретения

Аналоговый интегратор, содержащий основной интегрирующий усилитель, аналого-цифровой преобразователь, выходы младших разрядов которого через цифроаналоговый преобразователь подключены к информационному входу блока формирования корректирующих импульсов, и генератор тактовых импульсов, первый и второй выходы которого подключены к входам синхронизации анало1239730

ro-цифрового преобразователя и блока формирования корректирующих импульсов, отличающийся тем, что, с

-целью повышения точности интегрирова-, ния и увеличения времени интегрирования без снижения, точности, в него вве. дены и-1 основных интегрирующих усилителей, и фильтров нижних частот, п блоков дифференцирования, и экстраполяторов, п выпрямителей, и триггеров 10

Шмитта, и формирователей управляющихимпульсов, п пар синхронно управляемых ключей, и злектрометрических конденсаторов, и дополнительных интегрирующих усилителей и два и-позиционных 15 переключателя, управляющие входы которых подключены соответственно к третьему и четвертому выходам генератора тактовых импульсов, каждый переключаемый контакт первого и-позиционного 20 переключателя подключен к входу соответствующего интегрирующего усилителя, соединенному через первый ключ соответствующей пары синхронно управляемых ключей с входом аналогового инте- 25 гРатора, подключенным через соответствующий злектрометрический конденсатор к выходу соответствующего дополнительного интегрирующего усилителя, между входом и выходом которого включен второй ключ пары синхронно управляемых ключей, выход каждого основного интегрирующего усилителя полключен к соответствующему переключаемому контакту второго п"позиционного переключателя и через последовательно соединенные фильтр нижних частот, блок дифференцирования и экстраполятор соединены с входом соответствукнцего дополнительного интегрирующего усилителя, выход которого подключен к первому входу соответствующего формирователя управляющих импульсов, выходом соединенного с управляющим входом соответствующей пары синхронно управляемых ключей, выход каждого блока дифференцирования через последовательно соединенные выпрямитель и триггер Шмитта подключен к второму входу соответствующего формирователя управляющих импульсов, а переключающие контакты первого и второго п"позиционных переключателей соединены соответственно с выходом блока формирования корректирующих импульсов и входом аналого-цифрового преобразователя.

1239730

Составитель С. Белан

Техред О.Сопко Корректор Л.Патай

Редактор Н.Бобкова

Заказ 3398/50 Тираж 671 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4