Интегратор

 

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может найти применение в различных устройствах в качестве базового узла при построении, например, электрических фильтров. Цель изобретения - повьшение точности интегрирования ;.; при изменении интегрируемой функции.. Интегратор содержит операционный усилитель 1, зарядно-разрядные ячей

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

„.SU„„1376107 А 1 (51)4G 06G 1 6

ВСЕС

13,,, ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (54) ИНТЕГРАТОР

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4086732/24-24 (22) 14. 07. 86 (46) 23.02.88. Бюл. Ф 7 (7I) Минский радиотехнический институт (72) В.А,Кешишьян и Л.И.Гончарик (53) 681.335(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 1144122, кл. G 06 G 7/12, G 06 G 7/186, 1983 °

Авторское свидетельство СССР

Ф 1251112, кл. G 06 С 7/186, 1985. (57) Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может найти применение в различных устройствах в качестве базового узла при построении, например, электрических фильтров. Цель иэобретения— повышение точности интегрирования при изменении интегрируемой функции..

Интегратор содержит операционный усилитель 1, эарядно-разрядные ячейМ

«3

Cb

Ю

«1

1376107 ки 2-5, 11, 12, пары 6, 7 последовательно соединенных ключей, дополнительные ключи 8-10 генератор 13 импульсов, распределитель 14 импульсов, делитель 15 частоты, дифференцирующую RC-цепь 16, инвертор 17, элемент

ИЛИ 18, элемент ИЛИ-НЕ 19, элемент

И 20, разделительные диоды 21, 22, накопительные конденсаторы 23-30.

Изобретение позволяет повысить точность процесса интегрирования при! .

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может найти применение в различных устройствах в качестве базового узла при построении, например, электрических 5 фильтров.

Цель изобретения — повышение точности интегрирования при изменении интегрируемой функции.

На фиг.l представлена схема интегратора; на фиг,2 — временная диаграмма его работы.

Интегратор (фиг.l) содержит операционный усилитель 1, зарядно-разрядные ячейки 2-5, первую 6 и вторую

7 пары последовательно соединенных ключей, три дополнительных ключа 8—

10, дополнительные эарядно-разрядные ячейки 11 и 12, генератор 13 импульсов, распределитель 14 импульсов, де- 2О литель 15 частоты (на триггерах), дифференцирующую RC-цепь 16, инвертор 17, элемент ИЛИ 18, элемент ИЛИНЕ 19, элемент И 20, разделительные диоды 21 и 22, накопительные конденсаторы 23- 30.

Каждая зарядно-разрядная ячейка

3-5 и ll и 12 содержит первый 31, второй 32, третий 33 и четвертый 34 ключи, каждая пара 6 и 7.последовательно соединенных ключей состоит из ключей 35 и 36.

Распределитель 14 импульсов содержит триггеры 37 и 38 и элементы И 39 . и 40. 35

Интегратор работает следующим образом. периодических режимах работы за счет устранения паразитных зарядов на накопительных конденсаторах 23, 24 зарядно-разрядных ячеек 2, 3, обусловленных билинейными свойствами последних. Введение дополнительных ключей

8 — !О зарядно-разрядных ячеек li !

2, накопительных конденсаторов 29, 30 позволяет устранить влияние паразитных зарядов на всех накопительных конденсаторах. 2 ил.

На вход интегратора подается сигнал, подлежащий интегрированию. Распределитель 14 импульсов представляет из себя регистр сдвига на тактируемых фронтом триггерах 37 и 38, 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. На выходах первого и второго элементов И 39 и 40, а также на выходахпервого 37 и второго 38 триггеров сформируются соответственно противофазные управляющие импульсы (фиг.l и 2) .

Длительности импульсов на первом и втором выходах распределителя 14 равны длительности тактовых импульсов с выхода генератора 13 импульсов, а длительность импульсов на третьем и. четвертом выходах равна периоду импульсов генератора 13 (фиг.2).

В момент t О тактовый импульс генератора 13 по переднему фронту включает делитель 15 частоты, на выходе которого сформирован высокий уровень, длительность которого определяется коэффициентом деления делителя 15. Сигнал с выхода делителя 15 частоты поступает на вход дифференцирующей КС-цепи 16, которая формирует положительный импульс, по длительности не превосходящий длительность импульса с генератора 13 (фиг.2), который через разделительный диод 21 поступает на один из входов элемента

1376107

ИЛИ 18, с выхода которого в момент

= О снимается короткий управляющий импульс, поступающий на входы элемента ИЛИ-НЕ 19 на выходе котов

5 рого в этом режиме сигнал отсутствует. Выход элемента ИЛИ-НЕ 19 соединен с одним из входов элемента И 20 (фиг.l), на другой вход которого поступает сигнал с первого выхода рас- !О пределителя 14, причем этот сигнал в момент t = О имеет высокий уровень.

Таким образом, в момент t = О на входы элемента И 20 поступают сигналы

"О", "!", а на его выходе сигнал отсутствует. у (О) = С2 v (O)

С2с

Полагая 2С, = С2,, получим (2) Импульс с первого выхода распределителя 14 поступает на управляющие входы ключей 31 и 32 ячейки 2, ключа

34 ячейки 4, ключей 32 и 33 ячейки 5, а также ключей 33 и 34 ячейки II, Импульс с выхода элемента ИЛИ 18 включает дополнительные ключи 8-10.

Ключи 35 и 36 в этот момент не включены, так как на выходе элемента

И 20 низкий уровень напряжения. Управляющие импульсы с выхода триггера

38 включают ключи 3! и 32 ячейки 3 и ключи 33 и 34 ячейки 12. Включение в момент t = О дополнительных ключей

8 — 10 приводит к разряду накопительных конденсаторов 27, 28 и 25, а также конденсаторов 29 и 30. Таким образом, в момент t = О заряды 35 на накопительных конденсаторах 27, 28, 25, 29 и 30 равны нулю и готовы к работе в соответствующем изменении входной функции, не внося искажений в выходные значения сигнала. 40

Для этого момента времени (=0) можно записать зарядное уравнение

C 2 v,(О) = CiUf(0), (1) где V, (O) — напряжение на входе интегратора (при t=o); 45

U2 (0) — напряжение на выходе интегратора;

С, С 1 — емкости конденсаторов

23 и 24.

В этот момент времени (t=o) заряд, 50 образовавшийся на конденсаторе 26, запоминается и не оказывает влияния на выходной сигнал, На выходе интегратора в момент

t=O будет напряжение 55

U (1) = — v (1) + — v (О) - -Cfs С23 626

c„, С2ф С3о

= — U (О) + — U (1), 1

2 1 2 (5) Заряд, образовавшийся на конденсаторах 25 и 27, запоминается до слеv,(О) — v, (О) .

1 (3)

В следующий момент времени t=l с приходом второго тактового импульса с выхода генератора 13 импульсов управляющий импульс на первом и четвертом выходах распределителя 14 отсутствует, а появляются импульсы на втором и третьем его выходах. При этом, на выходе дифференцирующей RCцепи 16 сигнал отсутствует, на выходе элемента ИЛИ 18 сигнал нулевого уровня, на выходе элемента ИЛИ-НЕ

l9 сигнал высокого уровня. Этот импульс поступает на первый вход третьего элемента И 20, на второй вход которого в этот момент времени импульс не поступает (фиг.1), т,е. на выходе элемента И 20 нулевой уровень.

Начиная с момента и = 1 и до момента окончания сигнала с выхода делителя 15 частоты, т.е, цо окончания длительности первого периода входной периодической функции, подлежащей интегрированию, на первый вход элемента И 20 всегда поступает импульс высокого уровня с выхода элемента ИЛИНЕ 19, тем самьм синхронизируя ра6оту элемента И 20 с работой элемента

И 40. Таким образом, в момент t-=1 управляющие импульсы существуют на втором и третьем выходах распределителя 14. При этом включаются ключи

33 и 34 ячеек 2 и 3, ключ 35 и ключ

36 соответственно пары 6 и 7, ключи

32 и 33 ячейки 5, ключи 31 и 32 ячеек 1! и 12.

В этот момент времени заряды, накопленные в момент t=o в накопительных конденсаторах 23 и 24, полностью разряжаются и готовы для работы в следующем такте. Это полностью устраняет билинейный эффект, Зарядное уравнение для этого момента времени следующее:

U,(I)C, + U (0)С2с = U (1)C î (4) учит ая,чтоу2(0)=Б,.(0) С- и поc„

С 2+ лагая, что С2 = С2 = С2, = 1/2 С =

1/2 С, = 1/2С 2,, выходное напряжение для момента t 1 имеет вид:

1376107

10 (7) 30

35 дующего такта и для t l не оказывает влияния.

В момент времени t=2 управляющие импульсы вновь на первом и четвертом выходах распределителя импульсов.

При этом включаются ключи 31 и 32 ячейки 2, ключи 31 и 32 ячейки 3, ключи 34 и 31 ячейки 4 и ключи 32 и

33 ячейки 5, ключ 36 первой и ключ

35 второй пар.

Зарядное уравнение имеет вид:

U q (2) С yg+U,(1) С, +U,(1) С =U q (2) С тл 6)

Учитывая (5 1 и полагая,что С

С, =2С, 2С,, получим для выходного напряжения следующее выражение:

112(2) Ц1(2)+ U1(1)+ U1(l) +

c„, c„„" c„, + С 11 (0)=1 11 (О)+Ц (1) +

2Ф

Для этого момента времени (t=2) происходит заполнение входного и выходного напряжений, существующих в момент t 2 на накопительных конденсаторах 28 и 26 соответственно.

Для момента t=3 характерен режим работы интегратора, рассмотренный в момент времени =1 (т.е., включаются ключи, которые включаются в момент

t l). При этом зарядное уравнение имеет вид:

Ui (3)Cq + О,(2)С,+ U (2)C„=

= U,(3)CÄ (8)

Учитывая (7) и С „= Сзо= С „=

2С =2С, =2С,, выходное напряжение имеет вид: ц (3)- U,(3)+ — ц,(2)+ — -- U„(2)+

Сгч С в Сяз Сгь

C>e Cbe

+ — U, (1)+ — — U, (О)

С Сд С

С,. C„, C„()

=- U„(0) +U, (1}+U, (2) +- U, (3) .

В момент t 3 происходит запоминание входного и выходного напряжений на накопительных конденсаторах 27 и 25 соответственно.

Для следующего момента времени

t 4 характерен режим работы, рассмотренный в момент времени t=2. При этом зарядное уравнение имеет вид:

U,(4)С + 0 (3)С, + U) (3)С%1

- V,(4)c, (10) 15

6

Учитывая (9), выходное напряжение для этого момента времени имеет вид:

U (4) =-U„,(0) +U, (1) +U, (2) +U, (3) +

+-U,(4), 1

Формула и з о б р е т е н и я

Интегратор, содержащий первую, вторую, третью и.четвертую зарядноразрядные ячейки, каждая из которых выполнена в виде последовательно соединенных первого ключа, накопительного конденсатора и второго ключа, к обкладкам накопительного конденсатора подключены первые информационные выводы третьего и четвертого ключей, а также первую и вторую пары последовательно соединенных ключей, общий вывод которых в каждой паре через соответствующий накопительный конденсатор соединен с шиной нулевого потенциала, свободный Информационный вывод первого ключа первой зарядно-разрядной ячейки и свободные информационные выводы первых ключей первой и второй пар соединены с входом интегратора, свободный информационный вывод второго ключа первой зарядно-разрядной ячейки, свободные информационные выводы вторых ключей первой и второй пар, свободные информационные выводы первых ключей второй, третьей и четвертой эарядно-разрядных ячеек соединены с инвертирующим входом операционного усилителя, выход которого, являющийся выходом интегратора, подключен к свободным информационнык выводам вторых ключей второй, третьей и четвертой зарядно-разрядных ячеек, вторые информационные выводы третьего и четвертого ключей третьей и четвертой зарядно-разрядных ячеек и неинвертирующий вход операционного усилителя подключены к шине нулевого потенциала, генератор импульсов, выход которого соединен с входом распределителя импульсов, первый выход которого подключен к управляющим входам первого и второго ключей первой эарядно-разрядной ячейки четвертого ключа третьей и второго и третьего ключей четвертой зарядно-разрядных ячеек, второй выход распределителя импульсов соединен с управляющими входами первого ключа первой и второго ключа второй пар ключей, с управляю13У6107 щими входами третьего и четвертого ключей первой, второго и третьего ключей третьей и первого и четвертого ключей четвертой зарядно-разрядных

5 ячеек, третий выход распределителя импульсов соединен с управляющими входами третьего и четвертого ключей второй зарядно-разрядной ячейки, управляющие входы первого и второго ключей1О которой подключены к четвертому выходу распределителя импульсов,. о т— л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности интегрирования при изменении интегрируемой функ-15 ции, в него введены три донолнительных ключа, делитель частоты, дифференцирующая RC-цепь, два разделительных диода, инвертор, элемент И, элемент ИЛИ, элемент- ИЛИ-НЕ и две до- 2О полнительные зарядно-разрядные ячейки, выполненные аналогично третьей и четвертой зарядно-разрядным ячейкам, причем свободные информационные выводы первых ключей первой и второй дополнительных зарядно-разрядных ячеек подключены соответственно к входу интегратора и к входу операционного усилителя, свободные информационные выводы вторых ключей первой и второй дополнительных зарядно-разрядных ячеек соединены соответственно с входом и выходом операционного усилителя, первый и второй дополнительные ключи включены соответственно между общими информационными выводами ключей первой и второй пар и шиной нулевого потенциала, третий дополнительный ключ включен между общим информациt онным выводом первого и третьего ключей третьей зарядно-разрядной ячейки и шиной нулевого потенциала, выход генератора импульсов через делитель частоты подключен к входу дифференцирующей RC-цепи, выход которой через первый разделительный диод соединен с первым входом и через последовательно соединенные второй разделительный диод и инвертор — с вторым входом элемента ИЛИ, выход которого подключен к управляющим входам первого, второго и третьего дополнительных ключей, входы элемента

И подключены соответственно к первому выходу распределителя импульсов и через элемент ИЛИ-НŠ— к выходу элемента ИЛИ, à его выход соединен с управляющими входами первого ключа первой и второго ключа второй пар ключей и с управляющим входом первого ключа третьей зарядно-разрядной ячейки,.управляющие входы первого и второго, а также третьего и четвертого ключей первой дополнительной зарядно-разрядной ячейки соединены соответственно с вторым и первым выходами распределителя импульсов, управляющие входы первого и второго, а также третьего и четвертого ключей второй дополнительной эарядно-разрядной ячейки соединены соответственно с третьим и четвертым выходами распределителя импульсов, вторые информационные выводы третьего и четвертого ключей первой и второй зарядно-разрядных ячеек соединены с шиной нулевого потенциала.

1376107

Составитель С.Белан

Редактор Н.Тупица Техред М.Дидык Корректор В.Гирняк

Заказ 790/49 Тираж 704 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