Аналоговый интегратор

 

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в аналоговых и аналого-цифровых вычислительных устройствах. Цель изобретения - повышение быстродействия и увеличение точности интегрирования. Интегратор содержит интегрирующее RC-звено, подключенное к неинвертирующему входу масштабного усилителя, и два последовательно соединенных резистора, общий вывод которых подключен к входу интегрирующего RC-звена, а свободные выводы соединены соответственно с входом интегратора и с выходом масштабного усилителя. 1 ил.

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в аналоговых и аналого-цифровых вычислительных устройствах.

Известны устройства, вычисляющие интеграл от входного напряжения с помощью емкостно-омических цепей (интегрирующего RC-звена). Подобные интегрирующие RC-звенья выполняют интегрирование лишь при достаточно большой постоянной времени, вследствие чего масштаб, в котором вычисляется искомый интеграл, будет малым, включение операционного усилителя для прямого усиления сигнала принципиальные ошибки интегрирующих RC-звенев не уменьшают (Бруевич Н. Г. Доступов Б.Г. Основы теории счетно-решающих устройств. М. Советское Радио, 1964, с. 244-246).

Наибольшее распространение получили в качестве интеграторов операционные усилители с конденсатором в цепи отрицательной обратной связи (авт. св. СССР N 1564651, кл. G 06 G 7/186; патент Великобритании N 2220092, кл. G 06 G 7/186; Бруевич Н.Г. Доступов Б.Г. Основы теории счетно-решающих устройств М. Советское Радио, 1964, с. 246-251).

Недостатками таких схем являются невысокое быстродействие и увеличение ошибки интегрирования при работе на больших частотах, особенно при интегрировании импульсных сигналов из-за невысокой полосы пропускания операционных усилителей.

Наиболее близким к предлагаемому является интегратор (Бруевича Н.Г. и Доступова Б.Г. с. 246-249, рис. 7.4.4), содержащий операционный усилитель с резистором в цепи обратной связи, на вход которого включена RC-цепь.

Выходное напряжение в этом интеграторе определяется выражением Т.к. в это выражение входит коэффициент усиления операционного усилителя K, который зависит от частоты подаваемого сигнала, обладает большим разбросом внутри одной серии, то эта схема не имеет особых преимуществ перед интегрирующим RC-звеном.

Цель изобретения повышение быстродействия и увеличение точности интегрирования.

Цель достигается тем, что в аналоговый интегратор, содержащий интегрирующее RC-звено и масштабный усилитель, введены первый и второй резисторы, коэффициент усиления масштабного усилителя равен где R_вх сопротивление входного резистора масштабного усилителя, R_ос сопротивление резистора обратной связи масштабного усилителя.

Вход интегратора через первый резистор соединен с входом интегрирующего RC-звена, соединенным через второй резистор с выходом масштабного усилителя, неинвертирующий вход которого соединен с выходом интегрирующего RC-звена. Выходом интегратора является выход интегрирующего RC-звена или выход масштабного усилителя.

На чертеже приведена принципиальная схема предлагаемого аналогового интегратора.

Аналоговый интегратор содержит первый и второй резисторы 1, 2, интегрирующее RC-звено, содержащее резистор 3, конденсатор 4 и разрядный ключ 5, операционный усилитель 6, который совместно с резисторами 7 (резистор обратной связи) и 8 (входной резистор) составляет масштабный усилитель с коэффициентом усиления Аналоговый интегратор работает следующим образом.

Входное напряжение U₁ суммируется на резисторах 1 и 2 с напряжением обратной связи U₃, поступающим с выхода масштабного усилителя.

Это напряжение подается на вход интегрирующего RC-звена, по которому протекает ток i₃, определяемый выражением где R₁, R₂, R₃ соответственно резисторы 1, 2, 3.

Для того чтобы ток i₃, протекающий по интегрирующей цепочке, был прямо пропорционален входному напряжению, второе слагаемое в выражении (1) должно быть равно нулю, отсюда
U₂(R₁+R₂)=U₃R₁, или

С другой стороны, напряжение U₃ связано с входным напряжением U₂ зависимостью
U₃=K_МU₂,
где K_М коэффициент усиления масштабного усилителя, равный

Т. о. при K₁=K_М второе слагаемое в выражении (1) обратится в ноль и ток i₃ будет зависеть только от входного напряжения U₁.

Так, при R₁= R₂=R коэффициент усиления K₁=2, при этом K₁<<K, где K коэффициент усиления разомкнутого операционного усилителя 6.

Формула изобретения

Аналоговый интегратор, содержащий интегрирующее RC-звено и масштабный усилитель, отличающийся тем, что в него введены первый и второй резисторы, а коэффициент усиления масштабного усилителя равен

где R_вх сопротивление входного резистора масштабного усилителя;
R_ос сопротивление резистора обратной связи масштабного усилителя,
причем вход интегратора через первый резистор соединен с входом интегрирующего RC-звена, соединенным через второй резистор с выходом масштабного усилителя, неинвертирующий вход которого соединен с выходом интегрирующего RC-звена, выходом интегратора является выход интегрирующего RC-звена или выход масштабного усилителя.

РИСУНКИ

Рисунок 1