Интегратор с большим временем интегрирования

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при построении аналоговых и цифровых измерительных устройств и различных устройств автоматики. Целью изобретения является повышение точности интегрирования интегратора. Цель достигается тем, что в известный интегратор, содержащий два операционных усилителя, резистивный делитель, интегрирующий конденсатор и резисторы, введен третий операционный усилитель со своими связями и изменены связи остальных элементов. 1 ил.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при построении аналоговых и цифровых измерительных устройств и различных устройств автоматики.

Известен интегратор с большой постоянной времени [1] Недостатком этого устройства является то, что реализовать постоянные времени порядка 100 с при удовлетворительной точности удается только при значительных величинах емкости конденсатора, а следовательно, при значительном увеличении габаритно-массовых характеристик интегра- тора.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является устройство для увеличения постоянной времени RС-цепи, содержащее первый операционный усилитель, инвертирующий вход которого через конденсатор соединен со своим выходом, являющимся первым выходом устройства, и через резистор с выходом первого резистивного делителя, первый вход которого соединен с входом схемы, второй операционный усилитель, инвертирующий вход которого через резисторы соединен с выходом первого операционного усилителя и со своим выходом, являющимся одновременно вторым выходом устройства, который соединен с первым входом второго резистивного делителя, выход второго резистивного делителя через резистор соединен с неинвертирующим входом первого операционного усилителя, а вторые входы резистивных делителей и неинвертирующий вход второго операционного усилителя соединен с общей точкой устройства [2] Недостатком такого устройства является ограниченная точность интегрирования, вызванная наличием составляющей входного тока, замыкающейся на общую точку устройства через резисторы первого резистивного делителя, минуя конденсатор интегратора.

Цель изобретения повышение точности интегрирования.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для увеличения постоянной времени RC-цепи, содержащее первый и второй операционные усилители, выход первого операционного усилителя через интегрирующий конденсатор соединен с инвертирующим входом, который соединен со входом интегратора через последовательно соединенные первый и второй масштабные резисторы, общий вывод которых соединен с одним выводом третьего масштабного резистора, неинвертирующий вход первого операционного усилителя через последовательно соединенные четвертый и пятый масштабные резисторы соединен с шиной нулевого потенциала, инвертирующий вход второго операционного усилителя соединен через шестой масштабный резистор с выходом первого операционного усилителя и через седьмой масштабный резистор со своим выходом, являющимся выходом интегратора, введен третий операционный усилитель, выход которого соединен со своим инвертирующим входом и вторым выводом третьего масштабного резистора, неинвертирующий вход соединен с неинвертирующим входом первого операционного усилителя и через восьмой масштабный резистор со входом интегратора, а неинвертирующий вход второго операционного усилителя соединен с общим выводом четвертого и пятого масштабных резисторов.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемый интегратор отличается наличием третьего операционного усилителя со своими связями и новыми связями остальных элементов устройства.

Таким образом, заявляемый интегратор соответствует критерию изобретения "Новизна".

Использование третьего операционного усилителя в широко известном качестве повторителя в сочетании с предлагаемыми новыми связями элементов интегратора позволяет исключить протекание входного тока через иные цепи, кроме цепи с конденсатором. Таким образом повышается точность интегрирования входного сигнала. Это позволяет сделать вывод о соответствии технического решения критерию "Существенные отличия".

На чертеже представлена схема интегратора с большим временем интегрирования.

Интегратор с большим временем интегрирования содержит первый 1, второй 2 и третий 3 операционные усилители, конденсатор 4 и масштабные резисторы 5-12.

Интегратор работает следующим образом.

При помощи масштабных резисторов 8,11,6 из входного сигнала формируется некоторое опорное напряжение, которое используется для образования эквипотен- циальных узлов интегратора. К эквипотенциальным узлам интегратора относятся оба входа операционного усилителя 1 и выход операционного усилителя 1 и выход операционного усилителя 3, причем последний формируется из опорного напряжения при помощи повторителя напряжения на операционном усилителе 3.

При помощи масштабных резисторов 5,12,7 из входного сигнала формируется ток, заряжающий конденсатор 4, собственно, интегратора на операционном усилителе 1. Выходное напряжение операционного усилителя 1 содержит как полезную составляющую, пропорциональную интегралу входного cигнала, так и поcтоянную cоcтавляющую, пропорциональную опорному напряжению. Подавая выходной сигнал операционного усилителя 1 и опорное напряжение на дифференциальный усилитель, выполненный на операционном усилителе 2 и масштабных резисторах 8,9,10,11 при их определенном состоянии, на выходе выделяем только полезную составляющую, пропорциональную интегралу входного сигнала.

Благодаря сформированным эквипотенциальным узлам токи в интеграторе между ними отсутствуют. Следовательно, в заявляемом интеграторе полностью исключена составляющая тока, не проходящая через конденсатор 4 интегратора.

Сравнительный анализ и экспериментальные данные показали, что при параметрах элементов, указанных в прототипе по уровню 0,5 выходного сигнала, величина тока, замыкающаяся на общую точку устройства, может достигать 50% от тока, заряжающего конденсатор. В то время как в заявляемом интеграторе подобный ток отсутствует. Таким образом, точность интегрирования в предлагаемом интеграторе повышается в 2 раза.

Кроме того, коэффициент умножения величины емкости конденсатора прототипа для номиналов, указанных на схеме, равен 5002, а для предлагаемого интегратора 10004, то есть в 2 раза больше. Таким образом, в предлагаемом интеграторе величина емкости конденсатора 4 может быть уменьшена в 2 раза и, соответственно, улучшены габаритно-массовые характеристики интегратора. (56) 1. Алекcенко А.Г. Kоломбет Е.А. Стародуб Г.И. Применение прецизионных аналоговых ИС. М. "Советcкое радио", 1980, c. 79.

2. Там же, c. 204-205.

Формула изобретения

ИНТЕГРАТОР С БОЛЬШИМ ВРЕМЕНЕМ ИНТЕГРИРОВАНИЯ, содержащий первый и второй операционные усилители, выход первого операционного усилителя через интегрирующий конденсатор соединен с инвертирующим входом, который соединен с входом интегратора через последовательно соединенные первый и второй масштабные резисторы, общий вывод которых соединен с одним выводом третьего масштабного резистора, неинвертирующий вход первого операционного усилителя через последовательно соединенные четвертый и пятый масштабные резисторы соединен с шиной нулевого потенциала, инвертирующий вход второго операционного усилителя соединен через шестой масштабный резистор с выходом первого операционного усилителя и через седьмой масштабный резистор со своим выходом, являющимся выходом интегратора, отличающийся тем, что в него введен третий операционный усилитель, выход которого соединен со своим инвертирующим входом и с вторым выводом третьего масштабного резистора, неинвертирующий вход с неинвертирующим входом первого операционного усилителя и через восьмой масштабный резистор с входом интегратора, а неинвертирующий вход второго операционного усилителя соединен с общим выводом четвертого и пятого масштабных резисторов.

РИСУНКИ

Рисунок 1