×
13.01.2017
217.015.8828

Результат интеллектуальной деятельности: АНАЛОГОВЫЙ ИНТЕГРАТОР

Вид РИД

Изобретение

№ охранного документа
0002602374
Дата охранного документа
20.11.2016
Аннотация: 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, аналого-цифровой технике и схемотехнике. Оно, в частности, может быть использовано для интегрирования аналоговых электрических напряжений, изменяющихся во времени.

Известна схема интегратора (Опадчий Ю.Ф., Глудкин Ю.П., Гуров А.И. Аналоговая и цифровая электроника. - М.: Горячая линия - Телеком, 2003, с.306, рис. 2.18, а), содержащего операционный усилитель, резистор и конденсатор, неинвертирующий вход операционного усилителя заземлен, один из выводов резистора соединен с его инвертирующим входом, а другой вывод образует вход схемы интегратора относительно «земли», конденсатор включен между инвертирующим входом операционного усилителя и его выходом, этот выход также образует выход схемы интегратора относительно «земли».

Недостатком его является ограниченная точность интегрирования. Идеального преобразования электрических сигналов, в том числе идеального интегрирования, как правило, не бывает. Погрешность операции интегрирования ограничивает точность интегрирования. Эта погрешность зависит от эквивалентной постоянной времени интегрирования

где R и С - сопротивление и емкость интегратора, K - коэффициент усиления операционного усилителя (справочный параметр). В частности, при воздействии на вход интегратора чередующихся перепадов напряжения положительной и отрицательной полярности с плоскими вершинами между перепадами на выходе получаются чередующиеся возрастания и убывания напряжений по закону, близкому к линейному. Например, в интервале времени возрастания выходного напряжения коэффициент нелинейности определяется известным выражением

В данном случае этот коэффициент является относительной погрешностью интегрирования. Для обеспечения малой погрешности интегрирования (2) значение эквивалентной времени (1) следует выбирать большим во многом за счет увеличения коэффициента усиления K операционного усилителя. Значение K является ограниченным и соответствует современным уровням схемотехники и технологии изготовления изделий микроэлектроники. Ограниченное значение K ограничивает эквивалентную постоянную времени (1) и ограничивает повышение точности интегрирования. Имеется потребность в повышении точности интегрирования электрических сигналов.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату является выбранная в качестве прототипа схема интегратора на операционном усилителе (Гусев В.Г., Гусев Ю.М. Электроника и микропроцессорная техника. - М.: Высшая школа, 2004, стр.454, рис. 6.16, а), содержащего операционный усилитель, два резистора и конденсатор, один из выводов первого резистора соединен с инвертирующим входом операционного усилителя, другой вывод его образует вход интегратора относительно общей шины, второй резистор включен между неинвертирующим входом операционного усилителя и общий шиной, конденсатор включен между инвертирующим входом и выходом операционного усилителя, также этот выход образует выход схемы интегратора относительно общей шины.

Недостатком ее является ограниченная точность интегрирования, определяющаяся погрешностью операции интегрирования.

Задача, на решение которой направлено изобретение, состоит в уменьшении погрешности интегрирования.

Это достигается тем, что в аналоговом интеграторе, содержащем операционный усилитель, два резистора и конденсатор, один из выводов первого резистора соединен с инвертирующим входом операционного усилителя, другой его вывод образует вход аналогового интегратора относительно «земли», второй резистор включен между неинвертирующим входом операционного усилителя и «землей», один из выводов конденсатора соединен с общим выводом первого резистора и инвертирующего входа операционного усилителя, 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».

Сущность изобретения поясняется чертежом (фиг.1).

Один из выводов резистора 1 соединен с инвертирующим входом первого операционного усилителя 2, другой его вывод образует вход аналогового интегратора относительно «земли». Неинвертирующий вход первого операционного усилителя 2 через резистор 3 соединен с «землей». К выходу этого операционного усилителя подключена цепь из последовательно соединенных двух резисторов 4 и 5. Свободный вывод последнего заземлен. Параллельно резистору 4 включен конденсатор 6. Общий вывод резисторов 4, 5 и конденсатора 6 соединен с неинвертирующим входом второго операционного усилителя 7. Конденсатор 8 включен между общим выводом инвертирующих входов двух операционных усилителей 2, 7, и выход образует выход аналогового интегратора относительно «земли».

В исходном состоянии входное напряжение аналогового интегратора равно нулю (), выходное напряжение его тоже равно нулю ().

Аналоговый интегратор работает следующим образом. При выборе операционных усилителей в схеме на фиг.1 с большим коэффициентом усиления получаем, что напряжение на их инвертирующих входах относительно «земли» имеет весьма малое значение (исчезающее малое значение, виртуальный нуль). Тогда сила электрического тока через резистор 1 определяется выражением

Этот ток замыкается на емкость конденсатора 8

особенно при операционных усилителях с полевыми транзисторами на входах. Сила электрического тока () и напряжение () на емкости связаны между собой известной зависимостью

(5)

Напряжение на емкости с учетом ранее приводимого виртуального нуля является по сути выходным напряжением аналогового интегратора. Используя (3), (4) из (5) получаем

т.е. выходное напряжение аналогового интегратора пропорционально интегралу от его выходного напряжения.

В частном случае при неизменяющемся входном напряжении выходное напряжение интегратора изменяется по почти линейному закону. Относительная погрешность в этом случае совпадает с коэффициентом нелинейности (2), где эквивалентная постоянная времени для схемы на фиг.1

где и - коэффициенты усиления соответственно операционных усилителей 2 и 7, − коэффициент передачи делителя на сопротивлениях и резисторов 4 и 5

В аварийных режимах максимальное выходное напряжение (справочный параметр) операционного усилителя 2 может превысить допустимое входное напряжение операционного усилителя 7 (справочный параметр). Для устранения этого введена электрическая цепь (делитель напряжения) на резисторах 4 и 5. Коэффициент передачи его должен удовлетворять условию

Вместе с этим сумма сопротивлений и не должна быть меньше значения минимального сопротивления нагрузки () операционного усилителя 2 (справочный параметр)

Операционные усилители имеют входную паразитную емкость (). Эта емкость операционного усилителя 7 шунтируется резистором 5, поэтому конденсатор 6 введен для ослабления искажения передаваемого сигнала на высоких частотах. Для этого значение коэффициента передачи делителя на сопротивлениях и должно равняться значению коэффициента передачи на емкости и

Значение максимального выходного напряжения многих операционных усилителей находится в районе десяти вольт. Допустимое входное напряжение для них лежит в районе единиц вольт. Из (9) значение коэффициента передачи определяется не на пределе, а с некоторым запасом и предположительно находится в районе значений 0,3÷0,7.

В общем случае при заряде емкости от неизменяющегося напряжения зарядный ток убывает. В рассматриваемой схеме на фиг. 1 это убывание электрического тока существенно ослабляется имеющейся отрицательной обратной связью, которая замыкается через емкость . Это приводит к существенному уменьшению погрешности интегрирования.

Таким образом, в аналоговом интеграторе (фиг.1) существенно уменьшена погрешность интегрирования. Так, при одинаковых операционных усилителях и в прототипе, и в аналоговом интеграторе

в случае неизменяющегося входного напряжения в интервале времени погрешность интегрирования в прототипе

и в приведенном аналоговом интеграторе

В знаменателе выражения (13) произведение RC и произведение в (14) имеют сопоставимые значения, тогда

и относительная погрешность интегрирования в аналоговом интеграторе много меньше, чем погрешность в прототипе. При частном значении и худшем значении численное ориентировочное представление о степени выполнения неравенства (15) дает соотношение

В результате использования данного предлагаемого изобретения повышается точность интегрирования.

Аналоговый интегратор, содержащий операционный усилитель, два резистора и конденсатор, один из выводов первого резистора соединен с инвертирующим входом операционного усилителя, другой его вывод образует вход аналогового интегратора относительно «земли», второй резистор включен между неинвертирующим входом операционного усилителя и «землей», один из выводов конденсатора соединен с общим выводом первого резистора и инвертирующего входа операционного усилителя, отличающийся тем, что в него 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».
АНАЛОГОВЫЙ ИНТЕГРАТОР
АНАЛОГОВЫЙ ИНТЕГРАТОР
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 1-10 из 48.
27.01.2013
№216.012.20e1

Мостовой измеритель параметров двухполюсников

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, автоматике и промэлектронике, в частности, оно позволяет определять параметры четырехэлементных двухполюсников или параметры датчиков с четырехэлементной схемой замещения. Техническим результатом заявленного изобретения является...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002473918
Дата охранного документа: 27.01.2013
10.02.2013
№216.012.246e

Мостовой измеритель параметров двухполюсников

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, автоматике и промэлектронике. В частности, оно позволяет определять параметры четырехэлементных двухполюсников или параметры датчиков с четырехэлементной схемой замещения. Техническим результатом является обеспечение возможности...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002474828
Дата охранного документа: 10.02.2013
20.02.2013
№216.012.2803

Мостовой измеритель параметров двухполюсников

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, автоматике и промышленной электронике. Мостовой измеритель параметров двухполюсников содержит последовательно соединенные генератор импульсов с изменением напряжения в течение их длительности по закону степенных функций, мостовую...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002475763
Дата охранного документа: 20.02.2013
20.02.2013
№216.012.2804

Мостовой измеритель параметров двухполюсников

Изобретение относится к промышленной электронике, автоматике, информационно-измерительной технике и может быть использовано для контроля и определения параметров двухполюсников. Мостовой измеритель параметров двухполюсников содержит последовательно соединенные генератор питающих импульсов,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002475764
Дата охранного документа: 20.02.2013
10.10.2013
№216.012.7458

Измеритель параметров двухполюсников

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, автоматике и промышленной электронике. Устройство содержит последовательно соединенные генератор импульсов с изменением напряжения в течение их длительности по закону степенных функций, измерительную цепь, аналоговый сумматор и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002495441
Дата охранного документа: 10.10.2013
10.10.2013
№216.012.7459

Мостовой измеритель параметров двухполюсников

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, автоматике и промэлектронике, в частности, оно позволяет определять параметры четырехэлементных двухполюсников или параметры датчиков с четырехэлементной схемой замещения. Мостовой измеритель параметров двухполюсников содержит...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002495442
Дата охранного документа: 10.10.2013
20.11.2013
№216.012.8334

Мостовой измеритель параметров двухполюсников

Изобретение относится к промышленной электронике, автоматике, информационно-измерительной технике. Мостовой измеритель параметров двухполюсников содержит последовательно соединенные генератор питающих импульсов, четырехплечую мостовую цепь и нуль-индикатор. Мост содержит две параллельные ветви,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002499264
Дата охранного документа: 20.11.2013
27.11.2013
№216.012.860f

Мостовой измеритель параметров двухполюсников

Изобретение относится к измерительной технике. Мостовой измеритель параметров двухполюсников содержит последовательно соединенные генератор, мостовую цепь и нуль-индикатор. Первый выход генератора подключен ко входу четырехплечей мостовой цепи, который образует общий вывод двух параллельно...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002499997
Дата охранного документа: 27.11.2013
10.12.2013
№216.012.8a0f

Мостовой измеритель параметров n-элементных двухполюсников

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, автоматике и промэлектронике, оно может быть использовано для измерения параметров объектов, которые можно представить схемами замещения в виде многоэлементных пассивных двухполюсников, а также его можно использовать для определения...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002501025
Дата охранного документа: 10.12.2013
10.03.2014
№216.012.aa4b

Мостовой измеритель параметров n-элементных двухполюсников

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля и определения параметров объектов измерения. Мостовой измеритель содержит последовательно соединенные генератор питающего сигнала, мостовую цепь и нуль-индикатор. Генератор содержит формирователи прямоугольных,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002509310
Дата охранного документа: 10.03.2014
Показаны записи 1-10 из 79.
10.11.2014
№216.013.04b6

Мостовой измеритель параметров двухполюсников

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, автоматике и промэлектронике, в частности, оно позволяет определять параметры четырехэлементных двухполюсников или параметры датчиков с четырехэлементной схемой замещения. Задача, на решение которой направлено изобретение, состоит в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002532604
Дата охранного документа: 10.11.2014
10.11.2014
№216.013.0511

Мостовой измеритель параметров двухполюсников

Изобретение относится к измерительной технике. Мостовой измеритель параметров двухполюсников содержит последовательно соединенные генератор импульсов с изменением напряжения в импульсе по закону степенных функций, четырехплечую мостовую цепь и нуль-индикатор. Генератор состоит из формирователей...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002532695
Дата охранного документа: 10.11.2014
10.01.2015
№216.013.18a8

Мостовой измеритель параметров двухполюсников

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, автоматике и промэлектронике. В частности, устройство позволяет определять параметры четырехэлементных двухполюсников или параметры датчиков с четырехэлементной схемой замещения. Мостовой измеритель параметров двухполюсников содержит...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002537740
Дата охранного документа: 10.01.2015
10.01.2015
№216.013.1d5e

Мостовой измеритель параметров двухполюсников

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения физических величин посредством параметрических датчиков. Мостовой измеритель параметров двухполюсников содержит последовательно соединенные генератор питающих импульсов с изменением напряжения в течение их...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002538946
Дата охранного документа: 10.01.2015
10.02.2015
№216.013.26f2

Мостовой измеритель параметров двухполюсников

Изобретение относится к метрологии. Измеритель содержит генератор, мост, нуль-детектор. Генератор содержит формирователи импульсов, синхронизатор, коммутатор, усилитель мощности. Первая ветвь моста содержит объект измерения и одиночный резистор, общий вывод которых образует первый выход моста....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002541423
Дата охранного документа: 10.02.2015
20.02.2015
№216.013.2baf

Мостовой измеритель параметров n-элементных двухполюсников

Изобретение относится к области метрологии. Измеритель содержит генератор импульсов, мостовую цепь, нуль-индикатор. Мостовая цепь состоит из двух ветвей. Первая ветвь содержит клеммы и одиночный резистор. Вторая ветвь содержит два последовательно соединенных двухполюсника. Выходы мостовой цепи...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002542640
Дата охранного документа: 20.02.2015
20.04.2015
№216.013.42c8

Измеритель параметров двухполюсников

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, автоматике, управлению и промышленной электронике. Измеритель параметров двухполюсников содержит последовательно соединенные генератор питающих импульсов, четырехполюсник с двухполюсником объекта измерения и двухполюсником с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002548594
Дата охранного документа: 20.04.2015
27.04.2015
№216.013.468f

Мостовой измеритель параметров двухполюсников

Изобретение относится к метрологии и может быть использовано для контроля и определения параметров двухполюсников. Мостовой измеритель параметров двухполюсников содержит генератор питающих импульсов, четырехплечую мостовую цепь и нуль-индикатор. Мостовая цепь содержит две ветви, первая из...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002549567
Дата охранного документа: 27.04.2015
20.11.2015
№216.013.9233

Мостовой измеритель параметров двухполюсников

Изобретение относится к промышленной электронике, автоматике, информационно-измерительной технике и может быть использовано для контроля и определения параметров двухполюсников. Мостовой измеритель параметров двухполюсников содержит последовательно соединенные генератор питающих импульсов,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002569043
Дата охранного документа: 20.11.2015
20.02.2016
№216.014.cf41

Измеритель параметров двухполюсников

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, автоматике и управлению и может быть использовано для контроля и определения параметров объектов измерения и физических величин посредством параметрических датчиков. Задача, на решение которой направлено изобретение, состоит в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002575626
Дата охранного документа: 20.02.2016
+ добавить свой РИД