Устройство для интегрирования переменного напряжения

 

Изобретение относится к автоматике, вычислительной технике, в частности к электроизмерительной технике. В интегратор, содержащий интегрирующий операционный усилитель (ОУ) (1), компаратор напряжения (3), разрядный ключ (2), находящийся в цепи отрицательной обратной связи ОУ (1), и одновибратор (5), введен делитель частоты прямоугольных импульсов (4), включенный между компаратором и одновибратором. Технический результат: повышение точности выполнения операции интегрирования в режиме длительного интегрирования при подаче на вход устройства несинусоидального напряжения. 3 ил.

Изобретение относится к автоматике, вычислительной технике, в частности к электроизмерительной технике.

Известны интеграторы напряжения на основе операционного усилителя (ОУ) с резистором на входе и конденсатором в цепи обратной связи (т.е. интегрирующего ОУ) (см. Гутников B.C. Интегральная электроника в электроизмерительных устройствах. - Л.: Энергоатомиздат, 1988. - С. 94). Недостатком таких устройств является накопление погрешности в режиме длительного интегрирования из-за наличия входного тока и напряжения смещения используемого ОУ.

Известны также интеграторы, в которых используются цепи отрицательной обратной связи по постоянному напряжению, с помощью которых устраняется эффект накопления погрешностей от интегрирования входного тока и напряжения смещения ОУ (см. Зыкин Ф.А., Казаков М.К. Интеграторы периодических сигналов / Изв. ВУЗов. Энергетика - 1988. - 7). Недостатками таких устройств является появление погрешностей интегрирования и увеличение инерционности из-за введения дополнительных обратных связей.

Наиболее близким устройством того же назначения к заявляемому изобретению по совокупности признаков является устройство для интегрирования переменного напряжения, содержащее интегрирующий ОУ, дифференциатор, компаратор, одновибратор и разрядный ключ (см. а.с. СССР 1624484), которое принято за прототип.

В таком устройстве погрешность от интегрирования входных токов и напряжения смещения снижается периодическим разрядом конденсатора интегрирующего ОУ с помощью замыкания ключа. Но анализ показывает, что его недостатком является увеличение погрешностей при подаче на вход несинусоидального напряжения с повышенным содержанием гармонических составляющих.

Это связано с тем, дифференциатор, входящий в состав устройства, увеличивает относительный уровень гармоник (чем выше частота гармоники, тем выше ее относительная амплитуда) и при некотором содержании гармонических составляющих выходное напряжение дифференциатора будет пересекать нулевой уровень несколько раз. Это приведет к тому, что компаратор сработает не только в момент времени приближения выходного напряжения устройства к нулевому уровню (что необходимо), но и другие моменты времени. Сказанное поясняется фиг.1: фиг. 1, а иллюстрирует случай, когда входное напряжение u(t) имеет относительно небольшое содержание гармоник и выходное напряжение дифференциатора ud(t) пересекает нулевой уровень один раз, поэтому прототип работает правильно; фиг. 1, б иллюстрирует случай, когда входное напряжение u(t) имеет повышенное содержание гармоник и выходное напряжение дифференциатора ud(t) пересекает нулевой уровень несколько раз, что приведет к значительным погрешностям выполнения операции интегрирования, поскольку при каждом пересечении нулевого уровня напряжением ud(t) разрядный ключ будет замыкаться.

Сущность предложения состоит в стремлении получить технический результат, заключающийся в снижении погрешностей интегрирования переменных несинусоидальных напряжений.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном устройстве для интегрирования переменного напряжения, содержащем интегрирующий операционный усилитель, разрядный ключ, находящийся в цепи обратной связи интегрирующего операционного усилителя, компаратор напряжения, вход которого подсоединен к выходу интегрирующего операционного усилителя, одновибратор, выход которого подключен к входу управления разрядного ключа, особенность заключается в том, что в него введен делитель частоты прямоугольных импульсов, включенный между выходом компаратора напряжения и входом одновибратора.

Проведенный анализ уровня техники позволил установить, что заявителем не обнаружено аналога, характеризующегося признаками, тождественными всем признакам заявленного изобретения, а определение из перечня аналогов прототипа позволило выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном устройстве, изложенных в формуле полезной модели. Следовательно, заявляемое изобретение соответствует условию "новизна".

Для проверки соответствия заявленного изобретения условию "изобретательский уровень" заявитель провел дополнительный поиск известных решений, чтобы выявить признаки, совпадающие с отличительными от прототипа признаками заявленного устройства. Результаты поиска показали, что заявленное изобретение не вытекает для специалиста явным образом из известного уровня техники, поскольку из уровня техники, определенного заявителем, не выявлено влияние предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований на достижение технического результата. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "изобретательский уровень".

На чертежах представлено: на фиг.1 приведены графики напряжений, поясняющие работу прототипа; на фиг.2 приведена схема предлагаемого устройства; на фиг.3 приведены графики напряжений, поясняющие работу предложенного устройства.

Устройство содержит (фиг.2): интегрирующий ОУ 1, разрядный ключ 2, компаратор напряжения 3, делитель частоты прямоугольных импульсов 4, одновибратор 5.

Работа устройства осуществляется следующим образом.

Входное переменное напряжение подается на вход интегрирующего ОУ 1, некоторое выходное напряжение которого вых (оно является выходным напряжением устройства) показано на фиг.3,а. Когда оно пересекает нулевой уровень, то компаратор 3 перебрасывается в противоположное состояние, поэтому напряжение на его выходе uк имеет прямоугольную форму (фиг.3,б). Это напряжение подается на делитель частоты прямоугольных импульсов 4, выходное напряжение которого ud показано на фиг.3,в. Период этого напряжения равен Тd. Коэффициент деления частоты делителем 4 выбирается таким, чтобы за время Тd не происходило сколько-нибудь заметного накопления погрешности от интегрирования напряжения смещения и входных токов интегрирующего ОУ 1. Прямоугольные импульсы с выхода делителя 4 подаются далее на вход одновибратора 5, который вырабатывает импульсы малой длительности (фиг.3, г) в моменты перепада напряжения ud "нуль-единица". Эти импульсы подаются на вход управления разрядного ключа 2, который замыкается, чем осуществляется принудительная фиксация нулевого уровня интегрирующего ОУ 1. Так как в моменты фиксации переменное выходное напряжение переходит через нулевую точку (фиг.3,а), то погрешности при этом минимальны при любом содержании гармонических составляющих во входном переменном напряжении. Принудительная фиксация способствует также устранению погрешности от интегрирования входных токов и напряжения смещения интегрирующего ОУ 1 и позволяет использовать устройство в режиме длительного интегрирования.

Погрешность интегрирования вследствие потери информации в интервалы времени замкнутого состояния ключа 2 можно оценить по выражению: где - длительность замкнутого состояния ключа 2 в интервалы фиксации нулевого уровня; Т - период входного напряжения; n - коэффициент деления делителя 4.

Формула (1) определяет погрешность по отношению к действующему значению гармонического напряжения с амплитудой Um, равного По ней можно определить, что погрешность порядка 0,01% и менее получается при отношении /nT0,02. В качестве компаратора 3 целесообразно использовать специальный компаратор в интегральном исполнении. Делитель частоты 4 можно выполнить на основе счетчиков импульсов.

Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о том, что устройство, воплощающее заявленное решение при его осуществлении, способно обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "промышленная применимость".

Формула изобретения

Устройство для интегрирования переменного напряжения, содержащее интегрирующий операционный усилитель, разрядный ключ, находящийся в цепи обратной связи интегрирующего операционного усилителя, компаратор напряжения, вход которого подсоединен к выходу интегрирующего операционного усилителя, одновибратор, выход которого подключен к входу управления разрядного ключа, отличающееся тем, что в него введен делитель частоты прямоугольных импульсов, включенный между выходом компаратора напряжения и входом одновибратора.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике, в частности к электроизмерительной технике

Изобретение относится к вычислительной технике и автоматике и предназначено для длительного интегрирования сигнала от незаземленного источника или разности сигналов двух источников, имеющих общую землю

Изобретение относится к аналоговой информационно-измерительной технике и может быть использовано при построении аналоговых и цифроаналоговых устройств, в частности в устройствах для усреднения сигналов, в интегрирующих вольтметрах и т.д

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может использоваться в электроизмерительной технике

Изобретение относится к технике преобразования малых токов и зарядов и может быть использовано для измерения различных механических величин с применением пьезоэлектрических датчиков давления силы и ускорения

Изобретение относится к автоматике и аналоговой вычислительной технике, в частности к интеграторам с обнулением

Изобретение относится к автоматике и предназначено для использования в автоматических регуляторах температуры для стабилизации температуры в зоне криостэтирования холодильных установок Цель изобретения - повышение точности и увеличение быстродействия интегратора Новым является то, что в нелинейный интегратор последовательно с резистором 3, входящим в интегрирующую цепочку, и стабилитроном 4, включенным в непроводящем направлении , включен стабилитрон 5 в проводящем направлении, а также введен компаратор 11

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для интегрирования входных токов и напряжений

Изобретение относится к электроизмерительной технике, в частности к фильтрам для выделения постоянной составляющей периодических напряжений

Изобретение относится к техническим средствам коррекции систем автоматического управления

Изобретение относится к электроизмерительной технике

Изобретение относится к автоматике для использования в корректирующих устройствах следящих систем, в преобразовательных и измерительных устройствах

Изобретение относится к автоматическому регулированию для использования в корректирующих устройствах следящих систем измерительных приборов

Изобретение относится к автоматике, вычислительной технике, в частности к электроизмерительной технике

Изобретение относится к области радиотехники и связи и может быть использовано при реализации дискретно-аналоговых устройств обработки: фильтров, усилителей, корректоров

Изобретение относится к автоматике и аналоговой вычислительной технике и предназначено для создания прецизионных интеграторов аналоговых сигналов для инерциальных приборов систем навигации и автоматического управления в ракетно-космических системах. Техническим результатом является уменьшение габаритов устройства и повышение точности непрерывного интегрирования аналогового сигнала произвольной формы. Поставленная задача достигается за счет периодического сброса интеграторов в процессе интегрирования и суммирования интервальных значений интегральной функции входного напряжения, что позволяет значительно уменьшить емкости конденсаторов в цепях обратной связи операционных усилителей. 2 ил.

Изобретение относится к промышленной электронике, аналого-цифровой технике и схемотехнике и может быть использовано для интегрирования аналоговых электрических напряжений, изменяющихся во времени. Технический результат - уменьшение погрешности интегрирования. Аналоговый интегратор содержит два резистора, операционный усилитель и конденсатор, введено четыре дополнительных элемента и изменено включение элементов, первый дополнительный резистор включен между выходом имеющегося операционного усилителя и неинвертирующим входом дополнительного операционного усилителя, один из выводов второго дополнительного резистора подключен к общему выводу первого дополнительного резистора и неинвертирующего входа дополнительного операционного усилителя, другой вывод этого второго дополнительного резистора заземлен, дополнительный конденсатор включен параллельно первому дополнительному резистору, инвертирующий вход дополнительного операционного усилителя подключен к общему выводу имеющегося первого резистора, имеющегося конденсатора и инвертирующего входа имеющегося операционного усилителя, свободный вывод имеющегося конденсатора соединен с выходом дополнительного операционного усилителя, также этот выход образует выход аналогового интегратора относительно «земли». 1 ил.
Наверх