Дифференцирующее устройство

 

Изобретение относится к области автоматического регулирования и может быть использовано в корректирующих устройствах следящих систем и измерительных приборах. Техническим результатом является повышение точности дифференцирования. Устройство содержит дифференциальный усилитель постоянного тока, усилитель-ограничитель, управляемый источник тока, ключ, масштабный резистор, конденсатор. 1 ил.

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

Известно дифференцирующее устройство, состоящее из дифференциального усилителя, выход которого связан с входом интегрирующего усилителя, а цепи обратных связей обоих усилителей шунтируются контактами реле [1].

Недостатками такого устройства являются низкая точность из-за растущих со временем ошибок и сложность устройства, так как оно содержит два усилителя и два реле, которые надо коммутировать в разное время.

Известно дифференцирующее устройство, содержащее 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 [2].

Недостатками известного устройства являются низкая точность, обусловленная потерей информации в аналоговых запоминающих ячейках и неточностью выполнения операции интегрирования в интеграторах, и низкая надежность из-за сложности устройства.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому изобретению является дифференцирующее устройство, содержащее дифференциальный усилитель постоянного тока, к одному из входов которого подключен источник входного напряжения, а другому - конденсатор, управляемые источники тока положительной и отрицательной полярности и масштабный резистор, подключенный к выходным зажимам устройства, причем к выходу дифференциального усилителя подключены управляемые источники тока положительной и отрицательной полярности, выходы которых объединены и через масштабный резистор подключены к конденсатору [3].

Указанное устройство имеет низкую точность, обусловленную ошибками из-за не идентичности порогов срабатывания первого и второго управляемых источников тока, а также тем, что разряд конденсатора встречным током способствует дополнительному нагреву, быстрому старению и увеличению тока утечки конденсатора, вследствие чего в выходном сигнале дифференцирующего устройства присутствует слагаемое, пропорциональное входному сигналу.

Заявляемое изобретение решает задачу создания устройства, лишенного вышеперечисленных недостатков. Техническим результатом, достигаемым при использовании заявляемого изобретения, является повышение точности дифференцирования за счет исключения ошибок от перечисленных дестабилизирующих факторов.

Поставленная цель достигается тем, что в дифференцирующее устройство, содержащее масштабный резистор, подключенный к выходным зажимам устройства, дифференциальный усилитель постоянного тока, к одному из входов которого подсоединен источник входного напряжения, к другому входу - первый вывод конденсатора, второй вывод которого подключен к общей шине, управляемый источник тока, выход которого через масштабный резистор подсоединен к первому выводу конденсатора, введены ключ, информационный вход которого подключен к выходу управляемого источника тока, а выход - к общей шине устройства, усилитель-ограничитель, вход которого подсоединен к выходу дифференциального усилителя, а выход одновременно подключен к входу управляемого источника тока и управляющему входу ключа.

Сопоставительный анализ предлагаемого изобретения с прототипом показывает, что заявляемое дифференцирующее устройство отличается тем, что в него дополнительно введены ключ, информационный вход которого подключен к выходу управляемого источника тока, а выход подключен к общей шине, усилитель-ограничитель, вход которого подсоединен к выходу дифференциального усилителя, а выход одновременно подключен к входу управляемого источника тока и управляющему входу ключа.

Таким образом, заявляемое дифференцирующее устройство соответствует критерию изобретения “новизна”.

Сравнение заявляемого технического решения с другими техническими решениями в данной области не позволило выявить в них признаки, отличающие дифференцирующее устройство от прототипа. Это позволяет сделать вывод о соответствии критерию “изобретательский уровень”.

На чертеже приведена структурная электрическая схема дифференцирующего устройства.

Дифференцирующее устройство содержит дифференциальный усилитель постоянного тока 1, усилитель-ограничитель 2, управляемый источник тока 3, ключ 4, масштабный резистор 5 и конденсатор 6.

Выход дифференциального усилителя постоянного тока 1 подсоединен к входу усилителя-ограничителя 2, выход которого подключен одновременно к входу управляемого источника тока 3 и управляющему входу ключа 4. Информационный вход ключа 4 подсоединен к выходу управляемого источника тока 3 и к первому выводу масштабного резистора 5, второй вывод которого подключен одновременно к первому выводу конденсатора 6 и первому входу дифференциального усилителя постоянного тока 1, второй вход которого подсоединен к источнику входного напряжения. Второй вывод конденсатора 6 подключен к общей шине. Масштабный резистор 5 подсоединен к выходным зажимам дифференцирующего устройства.

Устройство работает следующим образом.

Заявляемое дифференцирующее устройство представляет собой следящую систему регулирования, которая поддерживает напряжение на конденсаторе 6 равным изменяющемуся входному напряжению. Задающей величиной является входное напряжение:

Если входное напряжение больше (меньше) напряжения на конденсаторе, допустим , то дифференциальный усилитель 1 разбалансируется и на его выходе появляется положительный (отрицательный) сигнал, который после усиления в усилителе-ограничителе 2 включает (выключает) управляемый источник тока 3 и размыкает (замыкает) ключ 4. Конденсатор 6 заряжается (разряжается через резистор 5 и замкнутый на общую шину ключ 4) от управляемого источника тока 3 через резистор 5 до достижения равенства напряжения на конденсаторе 6 входному напряжению.

Назначение усилителя-ограничителя 2, имеющего высокие точность и коэффициент усиления, - обеспечить точное дифференцирование при сигналах рассогласования, меньших по абсолютной величине порогов срабатывания управляемого источника тока 3 и ключа 4.

Введенная вместо управляемого источника тока цепь разряда конденсатора исключает дополнительные нагрев, ускоренное старение и увеличение тока утечки конденсатора, и тем самым повышается точность дифференцирования.

Известно, что ток, протекающий через конденсатор, связан с напряжением на нем зависимостью

Так как напряжение на конденсаторе U_c автоматически поддерживается равным U_вх, то имеем

Если включить в цепь источника тока сопротивление R (резистор 5), то снимаемый с него сигнал равен

Предлагаемое изобретение выполняет дифференцирование со сглаживанием, в выходном сигнале устройства отсутствует слагаемая, пропорциональная входному сигналу.

Введение новой совокупности признаков позволяет повысить точность дифференцирования. Повышение точности достигается, во-первых, за счет того, что переключение управляемого источника тока и ключа осуществляется при сигналах рассогласования, меньших порогов их срабатывания, путем предварительного усиления этого сигнала рассогласования в усилителе-ограничителе, имеющем высокие чувствительность и коэффициент усиления; во-вторых, за счет исключения дополнительных нагрева, ускоренного старения и увеличения тока утечки конденсатора благодаря использованию схемы разряда конденсатора вместо управляемого источника тока.

Источники информации

1. А.С. СССР № 298925, кл. G 06 G 7/18, 1970.

2. А.С. СССР № 577540, кл. G 06 G 7/18, 1977.

3. А.С. СССР № 394805, кл. G 06 G 7/18, 1973.

Формула изобретения

Дифференцирующее устройство, содержащее масштабный резистор, подключенный к выходным зажимам устройства, дифференциальный усилитель постоянного тока, к одному из входов которого подсоединен источник входного напряжения, к другому входу - первый вывод конденсатора, второй вывод которого подключен к общей шине, управляемый источник тока, выход которого через масштабный резистор подсоединен к первому выводу конденсатора, отличающееся тем, что в него введены ключ, информационный вход которого подключен к выходу управляемого источника тока, а выход подключен к общей шине, усилитель-ограничитель, вход которого подсоединен к выходу дифференциального усилителя, а выход одновременно подключен к входу управляемого источника тока и управляющему входу ключей.

РИСУНКИ

Рисунок 1