Дифференцирующее устройство

 

Изобретение относится к автоматическому регулированию для использования в корректирующих устройствах следящих систем измерительных приборов. Технический результат заключается в повышении точности за счет ликвидации побочных составляющих в выходном сигнале. Устройство содержит дифференциальный усилитель (ДУ), аналоговую запоминающую ячейку (АЗ) (6), выход которой через резистор (Р) (7) подключен к инвертирующему входу ДУ, конденсатор (К) (8), включенный в цепь обратной связи ДУ, дополнительный К (10), включенный между неинвертирующим входом ДУ и общей минусовой шиной. Источник входного напряжения (1) подсоединен к входам ключей (КЛ) (2) и (3), выход генератора тактовых импульсов (ГТИ) (4) подключен к входу элемента ИЛИ-НЕ (5), инверсный выход которого подсоединен к управляющему входу КЛ (2), выход которого подключен к входу АЗ (6), а прямой выход подсоединен одновременно к управляющим входам АЗ (6) и КЛ (3), выход которого через дополнительный Р (9) подключен к неинвертирующему входу ДУ. 1 ил.

Изобретение относится к области автоматического регулирования и может быть использовано в корректирующих устройствах следящих систем и измерительных приборах.

Известно дифференцирующее устройство, основанное на сравнении запомненных мгновенных значений в тактовые моменты времени, которое содержит входные ключи, запоминающие конденсаторы и дифференциальный усилитель [1].

Недостатком известного устройства является низкая точность дифференцирования.

Известно дифференцирующее устройство, содержащее два запоминающих конденсатора, триггер, два переходных конденсатора, четыре управляемых ключа и два дифференциальных усилителя [2].

Недостатком известного устройства является низкая точность дифференцирования и низкая надежность из-за его сложности.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому изобретению является дифференцирующее устройство, которое содержит два интегратора, две аналоговые запоминающие ячейки, подключенные к выходам соответствующих интеграторов, и генератор тактовых импульсов, выход которого соединен с управляющими входами аналоговых запоминающих ячеек, первые входы интеграторов подключены к источнику дифференцируемого напряжения, вторые входы интеграторов подсоединены к выходу первой аналоговой запоминающей ячейки, третий вход второго интегратора подключен к выходу второй аналоговой запоминающей ячейки [3].

Однако известное устройство имеет низкую точность дифференцирования, которая обусловлена наличием в выходном сигнале дифференцирующего устройства составляющей, пропорциональной входному сигналу, потерей информации в аналоговых запоминающих ячейках и влиянием нестабильности параметров элементов схемы на точность дифференцирования - в процессе эксплуатации параметры элементов R и С изменяются, что приведет к нарушению строгого равенства T=RС= T1, где T и T1 - постоянная времени R и С цепи и длительность такта дискретизации соответственно, и снижению точности дифференцирования.

Заявляемое изобретение решает задачу создания устройства, лишенного вышеперечисленных недостатков. Техническим результатом, достигаемым при использовании заявляемого изобретения, является повышение точности дифференцирования за счет ликвидации побочных составляющих в выходном сигнале и равенства выходного напряжения устройства производной от входного сигнала.

Поставленная цель достигается тем, что в дифференцирующее устройство, содержащее дифференциальный усилитель, аналоговую запоминающую ячейку, выход которой через резистор подключен к инвертирующему входу усилителя, конденсатор, включенный в цепь обратной связи между выходом усилителя и его инвертирующим входом, генератор тактовых импульсов, введены два ключа, логический элемент "ИЛИ-НЕ", дополнительный резистор и дополнительный конденсатор, включенный между неинвертирующим входом усилителя и общей минусовой шиной, выход источника дифференцируемого напряжения подсоединен одновременно к информационным входам первого и второго ключей, выход генератора тактовых импульсов подключен к выходу элемента "ИЛИ-НЕ", инверсный выход которого подсоединен к управляющему входу первого ключа, выход которого подключен к входу аналоговой запоминающей ячейки, прямой выход элемента "ИЛИ-HE" подсоединен одновременно к управляющему входу аналоговой запоминающей ячейки и управляющему входу второго ключа, выход которого через дополнительный резистор подключен к неинвертирующему входу усилителя, выход которого является выходом устройства.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое дифференцирующее устройство отличается тем, что в него введены два ключа, логический элемент "ИЛИ-НЕ", дополнительный резистор и дополнительный конденсатор, включенный между неинвертирующим входом усилителя и общей минусовой шиной, выход источника дифференцирующего напряжения подсоединен одновременно к информационным входам первого и второго ключей, выход генератора тактовых импульсов подключен к входу элемента "ИЛИ-НЕ", инверсный выход которого подсоединен к управляющему входу первого ключа, выход которого подключен к входу аналоговой запоминающей ячейки, прямой выход элемента "ИЛИ-НЕ" подсоединен одновременно к управляющему входу аналоговой запоминающей ячейки и управляющему входу второго ключа, выход которого через дополнительный резистор подключен к неинвертирующему входу усилителя, выход которого является выходом устройства.

Таким образом, заявляемое дифференцирующее устройство соответствует критерию "новизна".

Сравнение заявляемого технического решения не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области техники позволило выявить в них признаки, отличающие заявляемое техническое решение от прототипа. Это позволяет сделать вывод о соответствии критерию "изобретательский уровень".

На чертеже приведена структурная электрическая схема дифференцирующего устройства.

Дифференцирующее устройство содержит источник дифференцирующего напряжения 1, ключи 2, 3, аналоговую запоминающую ячейку 4, генератор тактовых импульсов 5, элемент "ИЛИ-НЕ" 6, резисторы 7, 9, конденсаторы 8, 10 и дифференциальный усилитель 11.

Выход источника дифференцируемого напряжения 1 подсоединен одновременно к информационным входам первого 2 и второго 3 ключей. Выход генератора тактовых импульсов 4 подключен к входу элемента "ИЛИ-НЕ" 5, прямой выход которого подсоединен к управляющему входу первого ключа 2. Инверсный выход элемента "ИЛИ-НЕ" 5 подключен одновременно к управляющим входам аналоговой запоминающей ячейки 6 и второго ключа 3, выход которого через резистор 9 подсоединен к неинвертирующему входу усилителя 11. Конденсатор 8 включен в цепь обратной связи между выходом усилителя и его инвертирующим входом. Конденсатор 10 включен между общей минусовой шиной и неинвертирующим входом усилителя, выход которого является выходом дифференцирующего устройства.

Дифференцирующее устройство работает следующим образом. Дифференцируемый сигнал поступает одновременно на информационные входы первого и второго ключей 2 и 3. Для формирования приращения независимой переменной дифференцирующее устройство содержит генератор тактовых импульсов 4. Элемент "ИЛИ-НЕ" 5 управляет ключами 2, 3 и аналоговой запоминающей ячейкой в тактовые моменты времени. В устройстве разность ординат заменена разностью площадей функции в тактовые моменты времени, так как длительность такта, то есть приращение t, остается постоянной величиной. Для сравнения площадей используется интегратор разности напряжений 12, построенный на резисторах 7, 9, конденсаторах 8, 10 и усилителе постоянного тока 11. На выходе интегратора снимается сигнал, равный производной от входного сигнала: t=tn-tn-1, где k - коэффициент передачи интегратора разности напряжений по двум идентичным каналам; Uвх1(t) и Uвх2(t) - текущие значения входных сигналов первой и второй входных цепей интегратора разности напряжений.

Из выражения (1) следует, что предлагаемое устройство выполняет операцию дифференцирования со сглаживанием.

Введение новой совокупности признаков позволяет повысить точность дифференцирования. Повышение точности достигается, во-первых, за счет того, что потеря информации на запоминание уменьшена в два раза; во-вторых, в выходном сигнале дифференцирующего устройства не содержится слагаемая, пропорциональная входному сигналу; в третьих, при равенстве постоянных времени обеих входных цепей интегратора разности напряжений, то есть, если R1С1=R2С2 (это легко достигается соответствующим подбором параметров и типов резисторов и конденсаторов, причем равенство не будет нарушаться в процессе эксплуатации), то побочные составляющие в выходном сигнале дифференцирующего устройства отсутствуют и выходное напряжение устройства будет точно равно производной от входного сигнала.

Источники информации 1. Акцептованная заявка Великобритании 1310572, кл. G 4 G, 1973.

2. Авторское свидетельство СССР 608173, кл. G 06 G 7/18, 25.05.78.

3. Авторское свидетельство СССР 577540, кл. G 06 G 7/18, 25.10.77 (прототип).

Формула изобретения

Дифференцирующее устройство, содержащее дифференциальный усилитель, аналоговую запоминающую ячейку, выход которой через резистор подключен к инвертирующему входу усилителя, конденсатор, включенный в цепь обратной связи между выходом усилителя и его инвертирующим входом, генератор тактовых импульсов, отличающееся тем, что в него введены два ключа, логический элемент ИЛИ-НЕ, дополнительный резистор и дополнительный конденсатор, включенный между неинвертирующим входом усилителя и общей минусовой шиной, выход источника дифференцируемого напряжения подсоединен одновременно к информационным входам первого и второго ключей, выход генератора тактовых импульсов подключен к входу элемента ИЛИ-НЕ, инверсный выход которого подсоединен к управляющему входу первого ключа, выход которого подключен к входу аналоговой запоминающей ячейки, прямой выход элемента ИЛИ-НЕ подсоединен одновременно к управляющему входу аналоговой запоминающей ячейки и управляющему входу второго ключа, выход которого через дополнительный резистор подключен к неинвертирующему входу усилителя, выход которого является выходом дифференцирующего устройства.

РИСУНКИ

Рисунок 1



 

Похожие патенты:

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

Изобретение относится к электроизмерительной технике

Изобретение относится к техническим средствам коррекции систем автоматического управления

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

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

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

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 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.

Изобретение относится к промышленной электронике, импульсной технике и может быть использовано для интегрирования последовательностей импульсных сигналов различной формы. Технический результат - уменьшение погрешности интегрирования при использовании последовательностей импульсных входных сигналов. Аналоговый интегратор последовательности импульсных сигналов содержит операционный усилитель, формирователь управляющих импульсов, блок источников постоянных напряжений, четыре управляемых электронных ключа, резисторы, конденсатор и инвертор. 1 ил.

Изобретение относится к промышленной электронике, аналого-цифровой технике и схемотехнике. Технический результат заключается в уменьшении погрешности дифференцирования от конечного значения коэффициента. Дифференциатор содержит операционный усилитель, конденсатор и резистор, один из выводов конденсатора образует вход дифференциатора относительно «земли», другой вывод его соединён с инвертирующим входом операционного усилителя, а неинвертирующий вход его заземлён, один из выводов резистора соединён с общим выводом конденсатора и инвертирующего входа операционного усилителя. В дифференциатор введён дополнительный операционный усилитель, инвертирующий вход которого соединён с общим выводом конденсатора, инвертирующего входа имеющегося операционного усилителя и резистора, свободный вывод последнего подключен к выходу дополнительного операционного усилителя, этот выход также образует выход дифференциатора относительно «земли», неинвертирующий вход дополнительного операционного усилителя соединён с выходом имеющегося операционного усилителя. 1 ил.

Изобретение относится к промышленной электронике. Технический результат направлен на уменьшение погрешности интегрирования. Аналоговый интегратор, содержащий два операционных усилителя, два конденсатора и четыре резистора, а также дополнительный операционный усилитель, дополнительный конденсатор, два дополнительных резистора и измененное соединение элементов, инвертирующий вход дополнительного операционного усилителя соединён с общим выводом имеющегося первого резистора, инвертирующих входов имеющихся двух операционных усилителей и имеющегося первого конденсатора, выход дополнительного операционного усилителя образует выход относительно «земли» аналогового интегратора, с этим выходом соединён второй свободный вывод имеющегося первого конденсатора, между инвертирующим входом дополнительного операционного усилителя и выходом имеющегося второго операционного усилителя включены параллельно соединённые дополнительный конденсатор и дополнительный первый резистор, второй дополнительный резистор включен между «землей» и общим выводом дополнительного конденсатора, дополнительного первого резистора и неинвертирующего входа дополнительного операционного усилителя. 1 ил.
Наверх