Дифференцирующее устройство

 

-Сееэ Соеатеннк

Сацмалнетнцаеюа

Раеаубчмн

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДВТВЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт.- саид-ву(Щ Заявлено 2 6. 05.7 6 (21)2 3642 01/1 8-24

7/18 с прнсоеднненнем заявки №

ДЗ) Приоритет йвудвратвеаай щщщт сесе аа лааав язпбрпзаа» а еткриай

Опубликовано 15.03.796юллетень %10

Дата опубликования описания 19.03.79

81. 335

8.8) (72) Автор, изобретения

А. Я. Булгаков (7%) Заявитель (54) ДИФФЕРЕНЦИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО

Изобретение относится к области аналоговой вычислительной техники и может быть использовано дпя дифференцирования медленно меняюшихся напряжений.

Йифференцирующие устройства, построенные иа операционных усилителях, из- 5 вест ны.

Однб из них содержит во входной цепи операционного усилителя диффереыцирую-щий конденсатор (1).

Его недостатком является то, что при достижении значительного коэффициента передачи при небольшом дрейфе нуля дифференцируюший конденсатор имеет значительные габариты и вес, т.к. он должен иметь одновременно большую и стабильную емкость, большое сопротивление изоляции. Громоздкость таких конденсаторов (или батареи конденсаторов) вступает в противоречие,с современной микроэлектроникой.

26

Наиболее близким по техлической сушности является дифференцирующее уст ройство, содэржашее подключенный к вхо2 ду устройства предварительный усилитель, выход которого через дифференцирующий конденсатор связан с входом операционного усилителя, в цепи отрицательной о6ратной связи которого включен масштаб ный резистор 12).

В случаях, когда диапазон изменения входного сигнала невепйк, такой дифференциатор дает хороший результат. Предварительный усилитель уменьшает требуемый непосредственно от дифференпяатора, коэффициент передачи, позволяя тем самым у ме пылить габариты дифференцируюшего конденсатора. . Недостатком прототипа является неизбежная ограниченность диапазона линей« ности предварительного усилителя.

Белью изобретения является уменьшение габаритов устройства, обусловленное расширением диапазона линейности.

Бель достигается тем, чте устройство содержит преобразователь числа импульсов в напряжение, элемент И, двухпороговый элемент, подключенный к выходу

65257 2 ясь в пределах линейного участка амплитудной характеристики, "предварительного усилителя, и генератор

Импульсов, выход которого подкпючен к одному из входов элемента И, другой " Ыод которого связан с выходом двухпорогового элемента, а выход эпемента И связан с входом преобразоватепя числа — " импупьСов в напряжение, подключенного выходом: к -входу смещения предварительного усипитеая, а также тем, что в, дифференцируюшее устройство введены

30 нения напряжения U при его скачке не одйовибратор, запоминаюший конденсатор, зарядный резистор, источник напряжения и ключ, через который вход операционно= гб" уСнйитепя соединен с первыми выводами запоминающего конденсатора и заряди

ro резистора, второй вывод запоминающего конденсатора соединен с выходом операционного усипитепя, второй вывод зарядного резистора соединен с первым выводом источника напряжения, второй выson которого соединен с шиной нулевого потейциапа, вход одновЫратора подкпючен к выходу энементв И, а выход — к упрввпяющему входу кпюча.

При этом конденсатор 2 должен перезаряжаться на вепичину скачка напряжения. При отсутствии элементов 8, 9 „

11-13 перезаряд конденсатора 2 происходит только через резистор 10, если усипитепь 7 имеет достаточно большой динамический диапазон, а скорость измеслишком велика; при этом большой ток через резистор 10, необходимый дпя перезаряда конденсатора. 2, поддерживается

Устройство, бпок-схема которо1.о представлена на чертеже, содержит предварительный усинитень 1, дифференцируюший конденсатор 2, преобразователь 3 числа импупьсов в напряжение, двухлороговый эпеменг 4, эпемент И 5, генератор

6 импульсов, онервционный усипитепь 7, одновибрвтор 8, кнюч 9, масштабный и аа ждный резисторы 10 и 11, звпоминаюший конденсатор -12, источник 13 напряжения.

Устройство работает спелуюшим образом.

При напряжении на выходе усилителя .1 в диапазоне между уровнями срабатывания двухпорогового элемента 4. оно дифференцируетса обычным образой. При

I, этом ключ 9 разомкнут, а койденсатор

12 заряжается до выходного напряжения, Источник напряжения 13 при этом корректирует напряжение нв конденсаторе

12 в соответствии со смешением "нуля усилителя 7 и остаточным напряжением ключа 9.

При срабатывании двухпорогового . эпементв 4 элемент 5 пропускает очередной импупьс с выхода генератора 7 на вход преобразователя 3, в результате смешаюшее напряжение предварительного усилителя 1 получает единичное приращение, и рабочая точка усииитепя 1 скачком переходит в обпасть между уровнями срабатывания эпемента 3, оставаимпульсом большой амплитуды напряжения ОВЫк В этом мспунае при монотон5 ном изменении напряжения Us„âûõoäíoå напряжение представляет собой напряжение переменного токв, одна из попувопн ,которого, соответствующая перезаряду

20 конденсатора 2, имеет постоянные дпи тепьность и амплитуду. Другая попувопна соответствует пнавному изменению напряжения 0< . Фаза такого напряжения меняется на противоположную при изменении знака производной, его демодуляция позволяет получить, напряжение постоянного тока,-что и реализуется элементами 8, 9, 11-13. При срабатывании эпе30 мента И 5 однсвибратор 8 вырабатывает импульс, замыкающий кпюч 9; через него и конденсатор 12 конденсатор 2 пере;заряжается нв величину скачка напряжения U< . Конденсатор 12, заряженный до суммы напряжения выходного и напряжеЗ5 ния источника 13, является запоминаюшим: напряжение О@ щво время перезарядв поддерживается примерно на прежнем уровне. Источник .13 уменьшает погрешность запоминания; устанавливая при разомкнутом ключе 9 потепцивп точки соединения элементов 9 и 12, равный сумме смешения "нупя усипитепя 7 и остаточного напряжения замкнутого кпючв 9. .45 Так как рабочая,точка предваритепь ного усипитепя l автоматически удерживается на линейном участке, его коэффициент усиления по напряжению может

50 быть боньшим независимо от диапазона изменения входного напряжения. При этом снижение коэффициента передачи, требуемого от собственно дифференциатора, будет еше более значительным, 55 чем в прототипе, поэтому достигается уменьшение габаритов дифференцируюшего конденсатора 2. Тот же эффект достигается увеличением емкости дифференцируюшего конденсатора при одновремен- г) 65257 2

Составитель Г, Осипов

Редактор B. Чирков Техред М. Петко Корректор Л. Небола

Заказ 1062/46 Тираж 779, Подписное

ЦНИИ ПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

5 ном уменьшении его габаритов и веса: для этого амплитудные значения напряжения 0< должны быть значительно меньше амплитудных значений напряженияО

Вытекающее из данного условия снижение 5 требований к сопротивлению изоляции позволяет применить более малогабаритные конденсаторы, имеющие меньший объем при большей емкости.

1О

Формула изобретения

1. Дифференцирующее устройство, содержащее подкшоченный к входу устройства предварительный усилитель, выход которого через дифференцирующий конденсатор связан с входом операционного усилителя, в цепи отрицательной обратной. связи которого включен масштабный ре зистор, о т л и ч а ю ш е е с я тем, что, с целью уменьшения габаритов, уст- 20 ройство содержит преобразователь числа

;импульсов в напряжение, элемент И, двухпороговый элемент, подключенный к вы ходу предварительного усилителя, и генератор импульсов, выход которого подклю- чен к одному из входов элемента И, другой вход которого связан с вйходом двухпорогового элемента, а выход элемента И связан с входом преобразователя числа импульсов в напряжение, подключенного выходом к входу смешения предварительного усилителя.

2. Устройство по п.1, о т л и ч,а ю— щ е е с я тем, что в него введены одновибратор, запоминающий конденсатор, зарядный резистор, источник напряжения и ключ, через который вход операционного усилителя соединен с первыми выводами запоминающего конденсатора и зарядного резистора, второй вывод запоминаю цаго конденсатора соединен с выходом операционного усилителя, второй вывод зарядного резистора соединен с первым выводом источника напряжения, второй вывод которого соединен с шиной нулевого потенциала, вход одновибратора подключен к выходу элемента И, а выход - к управ ляющему входу ключа.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Вычислительная техника, справочник, т.1, под ред.Хаски Г.Д. и Кориа Г. А, "Энергия," 1964, с. 43.

2. Сергеев Н. П, "Основы вычислительной техники", Высшая школа, 1973, с. 54.