Интегратор

 

Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники и может Найти применение в различных устройствах в качестве базового узла при построении, например, .электрических фильтров. Цель изобретения - повышение точности интегратора. Интегратор содержит.генератор импульсов , первый мостовой ключ с первым накопительным конденсатором в диагонали , операционный усилитель, второй мостовой ключ с вторым накопительным конденсатором в диагонали, первую и вторую пары ключей, к общим выводам которых подключены третий и четвертый накопительные конденсаторы , две пары-ключей, между общими выводами которых включены пятый и шестой накопительные конденсаторы , и схему управления, выполненную на трех триггерах и трех элементах И. Достижение поставленной цели обеспечено за счет схемной реализации алгоритма численного интегрирования по правилу трапеций путем введения в прототип дополнительных накопительных конденсаторов и спаренных ключей и благодаря особенностям связей между логическими элементами схемы управления и элементами схемы интегратора. 1 ил. Q 49

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМ У СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3855173/24-24 (22) 12.02.85 (46) 15.08.86. Вюл, N - 30 (71) Минский радиотехнический институт (72) В. А ° Кешишьян и А. А. Прокопенко (53) 681,3(088,8) (56) Марше Ж. Операционные усилители и их применение. Энергия, !974, с. 70.

Авторское свидетельство СССР

1Ф 1144122, кл, С 06 G 7/12, G Об G 7/186, 1983 ° (54) ИНТЕГРАТОР (57) Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники и может найти применение в различных устройствах в качестве базового узла при построении, например, .электрических фильтров. Цель изобретения— повышение точности интегратора, Интегратор содержит генератор импуль„„SU„„125,Íô — -А1 и

I I сов, первый мостовой ключ с первым накопительным конденсатором в диагонали, операционный усилитель, второй мостовой ключ с вторым накопительным конденсатором в диагонали, первую и вторую пары ключей, к общим выводам которых подключены третий и четвертый накопительные конденсаторы, две пары ключей, ме>щу общими выводами которых включены пятый и шестой накопительные конденсаторы, и схему управления, выполненную на трех триггерах и трех элементах И. Достижение поставленной цели обеспечено за счет схемной реализации алгоритма численного интегрирования по правилу трапеций путем введения в прототип дополнительных накопительных конденсаторов и спаренных ключей и благодаря особенностям связей между логическими элементами схемы управления и элементами схемы интегратора. 1 ил.

13511

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может найти применение н различных устройствах н качестве базового узла при построении, например, электрических фильтров.

Целью изобретения является повышение точности интегратора.

На чертеже приведена схема интег1Î ратора, Интегратор содержит генератор 1 импульсов, первый мостовой ключ 2 с первым накопительным конденсатором 3 в диагонали и ключами 4 — 7 н плечах, операционный усилитель 8, ключи 9

12, входящие н состав второго мостового ключа 13 с вторым накопительным конденсатором 14 в диагонали, первую и вторую пары ключей 15 и 16, к общим выводам которых подключены третий и четвертый накопительные конденсаторы соответственна 17 и 18, первые ключи 19 и 20 и вторые ключи

21 и 22 соответственно пар ключей

15 и 16, третью и четвертую пары ключей 23, пятую и шестую пары ключей 24, между общими выводами которых включены пятый и шестой накопительные конденсаторы соответственно

25 и 26, первые ключи 27„, 27 и

28, 28 и вторые ключи 29, 29 и

30<, 30 соответственно пар ключей

23 и 24; схему 31 управления интегратором с выходами 32 — Зб, выполненной на первом, втором и третьем триг- g5

repax 37 — 39 и элементах И 40 — 42, соединенных по приведенной схеме; кроме того, интегратор имеет вход 43 и выход 44.

Интегратор работает следующим

40 образом.

На вход 43 интегратора подается сигнал, подлежащий интегрированию.

Схема 31 управления представляет собой регистр сдвига на тяктируемых

45 фронтом триггерах 37,38 и 39, которые изменяют свое первоначальное состояние при изменении переднего фронта тактового импульса, поступающего на их первые входы, в соответствии с уровнем потенциала, находящимся на их вторых входах. Пусть нсе триггеры находятся в состоянии О

В момент времени С=О первый импульс с выхода генератора 1 тактоных импульсов поступает на первые входы первого, второго и третьего триггеров 37 — 39. В это время сигнал "1"

12 2 со второго выходя первого триггера

37 поступает ня его нтарай вход, в результате чего ло переднему фронту пернага тактового импульса. триггер 37 переключается и ня его первом выходе появляется высокий потенциал, который поступает ня вход первого элемента И 40, При этом первый тактовый импульс с генератора 1 поступает на другой вход элемента И 40, на выходе которого формируется управляющий сигнал. В результате длительность импульсов на выходе 32 схемы

31 управления равна длительности тактовых импульсов с выхода генератора 1 импульсов, а длительность импульсов ня выходе 35 равна периоду импульсов 1 генератора.

Таким образам, н момент t=.0 импульс с выхода 32 схемы 31 управления поступает на ключи 4 и 7 мостового ключа 2, ключ 21 пары ключей

15, ключи 29, 29 пар ключей 23 и ключи 28,, 28 пар ключей 24, В этот же момент времени (t=0) с выхода 35 схемы 31 управления подается сигнал на управляющие. входы ключей

9 и 12 мостового ключа 13, в результате чего последние открываются.

При этом накопительный конденсатор 3 заряжается до входного напряжения (напряжения на входе 43 н момент времени t=0), т.е.

U (0) Q. (О) (1)

С где U — напряжение;

С вЂ” емкость;

Q — заряд.

В тот же момент времени (t=O) накопительный конденсатор 14 и накопительный конденсатор 26 заряжаются до выходного напряжения (напряжения на выходе 44 интегратора).

Поэтому для этого момента времени можно записать зарядное уравнение

CgU((0)=C))U (0)+С Б (0), (2) гце U (0) — напряжение на входе

43;

U<(0) — напряжение на выходе интегратора.

Однако, в силу того, что ключи

30, 30< пяр ключей 24 в момент t=O закрыты, заряд, образующийся на конденсаторе 26, запоминается и не оказывает влияния на выходной сигнал.

В уравнение (2) не входит член О так как конденсатор 17 в этот момент не заряжается (т,е. его заряд равен

1251

Q„(1) 0 vI (1) °

В этот же момент времени происходит заряд третьего накопительного конденсатора 17 пары ключей 15 до 45 входного напряжения. При этом заряд конденсатора 17 равен

Q„,(1) =С„П, (1) .

Однако в силу того, что ключ 21 в момент t-=1 закрыт, заряд, образующийся на конденсаторе 17, запоминается и не оказывает влияния на выходное напряжение, как и заряд Q (1)= с

=С П (1), образовавшийся на конденса-. торе 25. Поэтому для момента времени 55

t=l справедливо следующее зарядное уравнение:

Q„(I )+Q„,(0) =Q«,(I ) . (4) 3 нулю) . Таким образом, для момента

t=0 остается справедливым уравнение с v,(0)=c„v (0), откуда напряжение на выходе 44 интегратора

v (О) = ц (О)

Полагая, что 2С =С, получим

П,(0)- П<(0)=>Y(0) .

1 I

В следующий момент времени t=l с приходом второго тактового импульса с выхода генератора 1 импульсов первый триггер 37 вновь переключается в состояние "0", а второй триг- 15 гер 38 переключается в,состояние

"1", третий триггер 39 при этом остается в состоянии "0". Сигнал "1" с выхода триггера 38, который одновременно является и пятым выходом 36 20 схемы 31 управления, поступает на вход элемента И 41, на другой вход которого поступает второй тактовый импульс с генератора 1, в результа- .те чего на выходе элемента И 41 25 присутствует импульс, который включает ключи 5 и 6 мостового ключа 2, ключ 19, ключ 22, ключи 27,, 27 и 30<, 30, а с выхода 36 подается сигнал, по длительности равный пери- З0 оду следования тактовых импульсов с генератора 1, в результате чего включаются ключи 10 и 11 мостового ключа 13.

Накопительный конденсатор 3 пере- 35 заряжается до нового напряжения, присутствующего на входе 43 интегратора в момент времени t=l. Заряд на конденсаторе 3 в этот момент равен

112 4

Знак "+" у слагаемого Я (О) обусловС;5 лен инвертирующими свойствами пар ключей 24. В уравнение (4) не входит член (д<, так как конденсатор 18 <8 через вторую пару ключей 16 не заряжается, т.е. он пока не вступал в работу °

Из выражения (4) выходное напря- . жение на выходе 44 для этого момента времени составляет !

12()) --П<(1)+ — Бг(0)., (5)

С> С>

С<4 С<4

С учетом выражения (3) выражение (5) примет вид

v, (l ) = — U, (1)+ — — v, {о) (6)

СЗ С26 С3

Си C1 С<

Считая, что 2С =С <4 и С„=С,, получим.

Ui(1)=-U<(0)+-U„(1)=-Y(0)+-Y(1).

1 1 1

В следующий момент времени t=2 первый триггер 37 вновь оказывается в состоянии "1", второй триггер 38— в состоянии 0, а третий триггер

39 переходит в состояние "1". Поскольку выход триггера 39 соединен с одним из входов третьего элемента И 42, на другой вход которого поступает тактовый импульс с выхода генератора 1 импульсов, на выходе элемента И 42 присутствует импульс.

Таким образом, в момент времени t=2 управляющие импульсы присутствуют на первом 32, третьем 34 и четвертом

35 выходах схемы 31 управления. Управляющие импульсы на выходах 32 и

35 схемы 31 управления включают все ключи, которые были включены в момент времени =0, Б этот же момент времени (t=2) импульсом с третьего выхода 34 схемы 31 управления вклю.чается ключ 20 второй пары ключей

16 и конденсатор 18 заряжается до значения Qo< (2) =Ñ<ô< (2) . С учетом зарядов С) (1) и Q (1), запомненных в предидущем интервале времени, зарядное уравнение примет вид 0 yU < { 2) +С< ЛЗ, (I ) +С, U q(! )

Учитывая, что 2С =2С <=2C

С =С, окончательнс с учетом (6) получим (2)=-U<(2)+-П<())+-U<(I)+

1 1 )

+-U (0) =-Y(0)+Y(I )+-Y(2) .

2 < 2 2

Далее процесс повторяется, поэтому для и-го момента времени выходное напряжение составляет

135)112

,T„(n)=-U, (0)+U1(1)+11,, (2)+ ...+

2 Я

+01 (п-1 ) +-У, (n) =-7 (0) +У (1) +7 (2) +...

1 1.

1 ...+Y(n-1)+-Y(n) .

Полученное выражение (8) описывает известное правило трапеций для численного интегрирования, согласно которому приближенное значение интеграла получается в виде суммы площадей трапеций. и з о б р е т е и и я

15 формула

Интегратор, содержащий первый и второй мостовые ключи, в одни диагокали которых включены соответственно первый и второй накопительные конденсаторы, а другие диагонали включены соответственно между входом интегратора и инвертирующим входом операционного усилителя и между инвертирующим входом операционного усилителя и выходом интеграто- ?5 ра, первый и второй триггеры и первый и второй элементы И, одни входы которых объединены и подключены к выходу генератора импульсов, а другие входы подсоединены к первым выходам соответственно первого и второго триггеров, выход первого элемента И подключен к управляющим входам одной пары ключей противоположных плеч первого мостового ключа, неинвертирующий вход операционного усилителя подключен к шине нулевого потенциала, а его выход является выходом интегратора, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью повышения точности, он содержит третий, четвертый, пятый и шестой накопительные конденсаторы, первую, вторую, третью, четвертую, пятую и шестую пары последовательно соединенных ключей, третий триггер и третий элемент И, два входа которого подключены к выходам соответственно третьего триггера и генератора импульсов, первые входы всех триггеров о бъединены и соединены с выходом генератора импульсов, первые выходы первого и второго триггеров подключены соответственно к вторым входам второго и третьего триггеров, а второй выход первого триггера соединен со своим вторым входом, третий и четвертый накопительные конденсаторы включены между- общими выводами ключей соответственно первой и второй пар и шиной нулевого потенциала, пятый накопительный конденсатор включен между общими выводами ключей третьей и четвертой пар, а шестой накопительный конденсатор — меж ду общими выводами ключей пятой,.и шестой пар, свободные информационные выводы первых ключей первой и второй пар подключены к входу интегратора, а свободные информационные выводы их вторых ключей и свободные информационные выводы вторых ключей третьей и пятой пар соединены с инвертирующим входом операционного усилителя, выход которого подключен к свободным информационным выводам первых ключей четвертой, и шестой нар, свободные информационные выводы первых ключей третьей и пятой пар и вторых ключей четвертой и шестой пар соединены с шиной нулевого потенциала, управляющие входы другой пары ключей противоположных плеч первого мостового ключа, первого ключа первой пары, второго ключа второй пары, первых ключей третьей и четвертой пар и вторых ключей пятой и шестой пар объединены и подключены к выходу второго элемента И, управляющие входы второго ключа первой пары, вторых ключей третьей и четвертой пар и пЕрвых ключей пятой и шестой пар подсоединены к выходу первого элемента И, управляющий вход первого ключа вто" рой пары подключен к выходу третьего элемента И, управляющие входы ключей противоположных плеч,-второго мостовсго ключа подключены попарно к первым выходам соответственно первого и второго триггеров..

1251112

Составитель А. Маслов

Техред М.Ходанич Корректор С. Шекмар

Редактор И. Рыбченко

Заказ 4413/47 Тираж 671 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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