Интегратор с автокоррекциейкоэффициента передачи

 

Союз Советских

Социалистическик

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОВГЕтЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИ ПЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 041278 (21) 2691125/18-24 с присоединением заяаки Нт (53)pA. Клз

G 06 G 7/186

Государственный комнтет

СССР но лавам нзобретеннй н отнрытнй (23) Приорнтет (53) УДК 681.ЗЗ5, 088. 8) Опубликовано 15.0231. Ьюлаетень И9 6

Дата остубликования описания 1502.81 54) ИНТЕГРАТОР С АВТОКОРРЕКЦИЕЙ КОЭФФИЦИЕНТА

ПЕРЕД ЧИ

Изобретение относится к аналогоцифровой вычислительной технике и предназначено для выполнения операции интегрирования при моделировании значения интеграла и подынтегральной функции напряжения постоянного тока.

Интегратор может найти применение в аналоговых и аналого-цифровых вычислительных устройствах, моделирующих физические процессы, поведение которых описывается различными дифференциальными уравнениями, при коррекции характеристик автоматических систем управления, в активных фильтррх и всякого рода аналоговых » ана- 15 лого-цифровых специализированных вычислителях.

Один из основных источников погрешности интеграторов — погрешность 20 коэффициента передачи интегратора, обусловленная ошибками изготовления, температурной нестабильностью и эффектом "старения" входного резистора и конденсатора обратной связи интег- 25 ратора, достигающая единиц и десятков процентов при изменении температуры в широком диапазоне.

Существуют аналоговые и аналогоцифровые методы коррекции коэффициен-ЗО та передачи интеграторов с коррекцией автокомпенсационного типа 51).

Метод коррекции автокомпенсационного типа, хотя н приводит к исключению влияния коэффициента передачи интегратора на точность преобразованИИ, но пригоден только для линейных преобразователей и не годится для интеграторов в других схемах.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является интегратор, содержащий операционный усилитель, компаратор, резистор, ко; торый через аналоговые ключи соединен со входами Ооп и Ug, и с первым входом цифроуправляемой проводимости (ЦУП), второй вход ЦУП и второй контакт резистора подключены к инверт»рующему входу операционного усилите- . ля, выход этого усилителя соединен с ннвертнрующим входом компаратора, конденсатор включен между ннвертирующим входом операционного усилителя и его выходом, кроме того, выход генератора подсоединен к первому входу конъюнктора, выход которого подключен к суммирующему входу счетчика, выходы разрядов счет ика соединены с управляющими входам

ЦУП, а также выход компаратора под80534б ключен ко входу устройства управления (21.

Недостатком описанного интегратора является необходимость применения в данной схеме точных элементов, а также индивидуальная настройка схем, если требуется выпустить серию устройств с одинаковыми (до десятых и сотых долей процента) характеристиками. Объясняетes это следующим: относительная погрМаность коррекции коэффициента передачи интегратора (КПИ), вызванная Основной составляющей погрешности — неточностью ЦУПа— выражается формулой (вывод Формулы будет пояснен далйше)

ЮТк * у — уу 8Т- 6У

8Т-8vк 15

Г+ ГТ где Д"Т вЂ” относительная погрешность

КПИ, вызванная погрешностью корректирующей цепи; ,d T — максимальное относительное Я изменение КПИ в заданном температурном диапазоне;

УУ„ — относительная погрешность дополнительнЬй корректирующей проводимости. 25

Цель изобретения — повыаение точности устройства.

Укаэанная цель достигается тем, что в интегратор с автокоррекцией коэффициента передачи, содержащий операционный усилитель, в цепь обратной связи которого включен интегрирующий конденсатор, первый ключ, включенный параллельно интегрирующему конденсатору, компаратор, первый вход которого соединен с источником опорного сигнала, второй вход подклЫ чен к выходу интегрирующего усилителя, а выход соединен со входом блока управления,. первый выход которого через элемент И, соединенный вторым 4О входом с генератором импульсов, подключен к входу счетчика, выход счетчика соединен с управляющим входом цифроуправляемой проводимости,включенной через второй ключ параллель- 4> но масштабному резистору, один выход которого подключен к входу операционного усилителя, а другой вывод через третий и четвертый ключи соединен соответственно с источниками входного и опорного сигнала, причем управляющие входы первого, второго, третьего и четвертого ключей подключены соответственно к второму, третьему, четвертому и пятому выходам блока управления, введены дополиитель-ээ ные элементы И, счетчик, ключ и цифроуправляемая проводимость, включен-. ная через дополнительнай ключ параллельно масштабному резистору, управляющий вход дополнительной цифроуп- щ равляемой проводимости через дополнительный счетчик подключен к выходу дополнительного элемента И, входы которого соединены соответственно с выходом генератора импульсов и шестым выходом блока управления, седьмой выход которого подключен к управляющему входу дополнительного ключа, а установочные входы основного и дополнительного счетчиков соединены соответственно с первым н вторым установочными выходами блока управления, а также тем, что блок управления содержит первый RS-триггер, выход которого через последовательно соединенные первый, второй, третий и четвертый. одновнбраторы соединен с его S-входом, второй RS-триггер, й-вход которого является входом блока управления, а 5-вход через элемент ИЛИ соединен с выходами первого и третьего одновибраторов, являющимися соответственно вторым и первым установочными выходами блока управления и соединенными с соответствующими входами первого и второго элементов И группы, второй вход второго и первые входы третьего и четвертого элементов И группы соединены с выходом четвертого одновибратора, являющимся седьмым выходом блока управления, выход второго одновибратора подключен ко второму входу третьего элемента И группы и первому входу пятого элемента И группы, второй вход которого соединен с выходом второго RS"триггера и вторым входом четвертого элемента И группы, причем выходы первого, второго, третьего, четвертого и пятого элементов И группы являются соответственно вторым, третьим, пятым, первым и шестым выходами блока управ« ления.

На фиг. 1 представлена функциональная схема интегратора; на фиг. 2— функциональная схема одного иэ возмо>кных вариантов блока управления.

Интегратор (фнг. 1) содержит усилитель 1, компаратор 2 (компаратор реализован ..о схеме сравнения токов, так как сравниваемые напряжения имеют разные знаки), цифроуправляемые проводимости 3 и 4 (ЦУП) 5 и 6, элементы И 7 и 8, генератор 9, масштабный резистор 10 и интегрирующий конденсатор 11, блок 12 управления и ключи 13-17. Первый вывод масштабного резистора 10 соединен через ключи 13, 14, 16 и 17 соответственно с источником входного U и опорного

Ц „ сигналов, первыми входами цифрою« управляемых проводимостей 4 и Э. Второй вывод масштабного резистора 10, а также вторые входы ЦУП 3 и 4 подключены к суммирующему входу операционного усилителя 1. Параллельно интегрирующему конденсатору 11 подключен ключ 15. Неинвертирующий. вход компаратора 2 соединен с источником опорного напряжения U „, а его выход подключен ко входу блока 12 управления. Выход генератора 9 соединен с первыми входами элементов И 7 и 8, выходы которых подключены соответ805346

Формула изобретения

60 ственко к суммирующим входам ЦУП

3 и 4. Выходы блока 12 управления

=оединены со вторыми входами элеменгов И 7 и 8, со входами начальной установки счетчиков 5 н 6, а также с управляющими входами аналоговых ключей 13 и 14, 16 и 17.

Предлагаемый интегратор работает следующим образом.

Цикл работы устройства состоит иэ четырех тактов: первый и третий такть предназначены для установки нулевых начальных условий на интеграторе; во втором такте производится грубая настройка КПИ с помощью счетчика 6 и

ЦУП 4 и устанавливается новая постоянная времени интегратора; в четвер- t5 том такте при помощи счетчика 5 и

ЦУП 3 осув(ествляется окончательная коррекция КПИ. Все такты имеют фиксированные длительности, величины которых задаются одновибраторами 18- ;И1

21 (фиг. 2). Длительности второго и четвертого тактов равны длительности такта в основном режиме работы, а величины первого и третьего тактов существенно меньше.

При наличии режима коррекции на триггер 22 (фиг. 2) поступает импульс, сбрасывающий его в воль, при этом запускается одновибратор 18— начался первый такт коррекции. В этом такте замыкается ключ 15 (фиг.1) З() остальные ключи разомкнуты, а также производится начальная установка счетчика 6 (фиг. 1). По окончании такта задний фронт импульса одновибратора 18 запускает одновибратар 19. 35

Во втором такте замыкается ключ

14 (фиг. 1}, и на элемент И 7 подается сигнал, разрешающий прохождение импульсов с генератора 9 иа счетчик б. Интервал времени с момента подачи 40 опорного напряжения 0 „ на вход интегратора до момента сравнения— реальная постоянная времени. Емкость счетчика б выбирается из максималь" ного .значения отклонения постоянной 45 времени так, чтобы при с Т (Ттребуемая постоянная времени) состояние счетчика было нулевыа. М моменту окончания интервала t Т на счетчике накапливается код разности И

К.BT (К вЂ” коэффициент пропорциональности). Код К управляет ци@роуправляемой проводймостью, состоящей из

n (n — разрядность счетчика) взвешенных по двоичному закону прсвводимостей. Таким образом, в рабочем режиме при замкнутом ключе 16 {фиг. 1) входная проводимость увеличиваемся на величину У<

С

Т

Погрешность, вносимую неидельностью ЦУПа (основную погрешность), можно определить по формуле: аТк

65 но так как Y /Y РТ, то

8 Y O Т ГУ»1 т - фу . - — =ют sv«, где d Ч, „ дУ„„ /Y, — относительная погрешность ЦУПа.

В третьем такте э мыкается ключ

15 (фиг. 1), остальнь . ключи размыкаются, а счетчик 5 устанавливается в начальное положение.

В четвертом такте замыкаются клю" чи 14 и 17, на элемент и 8 подается сигнал разрешения прохождения на счетчик 5 импульсов с генератора 9.

Так как грубая настройка уже проведена, погрешность б"Т уменьшена до величины ГТ»„, т.е. к концу такта на счетчике 5 накапливается код, пропорциональный погрешности ХТ» . Счетчик 5, управляя цифроуправляемой проводимостью 3, уменьшает погрешность

КПИ до величины

Д Т„2 bT 5Y „ У» или, полагая дУ „ЮУ», =Д Y (что естественно, так как всегда экономически выгодно использовать элементы с одинаковыми допусками), получим

РТ» 2. Р,Т ° (8Y )

Таким образом, в интеграторе можно использовать гораздо менее точные элементы, чем в известном устройстве.

В предлагаемом интеграторе достигнуто значительное увеличение точности диапазона коррекции .КПИ.

Снижение требований по точности к элементам входной цепи и цепи обратной связи интегратора позволяет снизить требования по термостабильности элементов, так как коррекция может выполняться в широком диапазоне изменения KHH. Все это дает возможность без индивидуальной настройки .реализовать точные идентичные интеграторы и облегчает их изготовление в интегральном исполнении.

1. Интегратор с автокоррЕкцней коэффициента передачи, содержащий операционный усилитель, в цепь обратной связи которого включен интегрирующий конденсатор, первый ключ, включенный параллельно интегрирующему конденсатору, компаратор, первый вход которого соединен с источником опорного сигнала, второй вход подключен к выходу интегрирующего усилителя, а выход соединен со входом блока управления, первый выход которого через элемент И, соединенный вторым входом с генератором импульсов, подключен ко входу счетчика, выход счетчика соединен с управляющим входом цифрауправляемой проводимости, включенной через второй ключ параллельно масштаб. ному резистору, один вывод которого подключен к входу операционного уси» лителя, а другой вывод через третий

805346 и четвертый ключи соединен соответственно с источниками выходного и опорного сигнала, причем управляющие входы первого, второго, третьего и четвертого ключей подключены соответственно к второму, третьему, четвертому и пятому выходам блока управления, отличающийся тем, что, с целью повышения точности„ в него введены дополнительные элемен

И, счетчик, ключ-и цифроуправляемая проводимость, включенная через дополнительный ключ параллельно масштабному резистору, управляющий вход дополнительной цифроуправляемой проводимости через дополнительный счетчик подключен к выходу дополнительного элемента И, входы которого соединены соответственно с выходом генератора импульсов и шестым выходом блока управления, седьмой выход которого подключен к управляющему входу дополнительного ключа, а установочные входы основного и дополнительного счетчиков соединены соответственно с первым и вторым установочными выходами блока управления.

2® Интегратор по п.1, о т л и ч а ю шийся тем, что блок управления содержит первый RS-триггер, выход которого через последовательно соединенные первый, второй, третий и четвертый одновибраторы соединен с

его S-входом, второй КБ-триггер, R-вход которого является входом блока управления, а S-вход через элемент ИЛИ соединен с выходами первого и третьего одновибраторов, являющимися соответственно вторым и первым установочными выходами блока управления и соединенными соответствующими входами первого н второго элементов И группы, второй вход второго и первые входы третьего и четвертого элементов И группы соединены с выходом четвертого одновибратора, являющимся седьмым выходом блока управления, выход второго одновибратора подключен ко второму входу третьего элемента И группы и первому входу пятого элемента И группы, второй вход которого соединен с выходом второго RS-триггера и вторьвс входом

15 четвертого элемента И группы, причем выходы первого, второго, третьего, четвертого и пятого элементов И.группы являются соответственно вторым, третьим, пятьм, первым и шестым satxoЩ дами блока управления.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Гельман N. M., Шаповал Г. Г.

Автоматическая коррекция систематических погрешностей в преобразователях "напряжение — код". — "Библиотека по автоматике", вып. 510. М., "Энергия", 1974.

2. Артамонов A Б., Смирнов A. И.

Фрикционные кодирующие преобразователи на основе развертывающих систем. — Проблемы создания преобразователей формы информации, ч. I„ Киев, "Наукова думка", 1976, с.140-144, рис. 2 (прототип).

805346

Составитель С. Белан

Редактор M. циткина Техред T. Маточка Корректор М. Коста

Заказ 10905/73 Тираж 756 Подписное

ВНИИПИ Росударственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

«ее ее е е

Филиал ППП "Патент", г. ужгород, ул. Проектная, 4