×
04.04.2018
218.016.2fe5

Дифференциатор

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
№ охранного документа
0002644531
Дата охранного документа
12.02.2018
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к промышленной электронике, аналого-цифровой технике и схемотехнике. Технический результат заключается в уменьшении погрешности дифференцирования от конечного значения коэффициента. Дифференциатор содержит операционный усилитель, конденсатор и резистор, один из выводов конденсатора образует вход дифференциатора относительно «земли», другой вывод его соединён с инвертирующим входом операционного усилителя, а неинвертирующий вход его заземлён, один из выводов резистора соединён с общим выводом конденсатора и инвертирующего входа операционного усилителя. В дифференциатор введён дополнительный операционный усилитель, инвертирующий вход которого соединён с общим выводом конденсатора, инвертирующего входа имеющегося операционного усилителя и резистора, свободный вывод последнего подключен к выходу дополнительного операционного усилителя, этот выход также образует выход дифференциатора относительно «земли», неинвертирующий вход дополнительного операционного усилителя соединён с выходом имеющегося операционного усилителя. 1 ил.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к промышленной электронике, аналого-цифровой технике и схемотехнике. Оно, в частности, может быть использовано для дифференцирования аналоговых электрических напряжений, изменяющихся во времени.

Известно дифференцирующее устройство (Гусев В.Г., Гусев Ю.М. Электроника и микропроцессорная техника. - М.: Высшая школа, 2004, стр. 467, рис. 6.21, а), содержащее операционный усилитель, конденсатор, первый и второй резисторы, один из выводов конденсатора соединён с инвертирующим входом операционного усилителя, а другой образует вход дифференцирующего устройства относительно «земли», первый резистор включен между выходом и инвертирующим входом операционного усилителя, выход последнего образует выход дифференцирующего устройства относительно «земли», второй резистор включен между неинвертирующим входом и «землёй».

Недостатком его является ограниченная точность дифференцирования. Идеального преобразования электрических сигналов, как правило, не бывает, в том числе нет идеального дифференцирования. Для реализации операции дифференцирования следует выполнить ряд условий. Среди них значение коэффициента усиления K операционного усилителя должно стремиться к бесконечности. Реальный коэффициент имеет определённое конечное значение, что приводит к ошибке дифференцирования и к соответствующей составляющей погрешности преобразования. Значение коэффициента усиления соответствует современным уровням схемотехники и технологии изготовления изделий микроэлектроники.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является выбранный в качестве прототипа дифференциатор (Манаев Е.И. Основы радиоэлектроники. - М.: Радио и связь, 1985, стр. 239, рис. 10.21), содержащий операционный усилитель, конденсатор и резистор, один из выводов конденсатора соединён с инвертирующим входом операционного усилителя, а другой образует вход дифференциатора относительно «земли», резистор включен между выходом и инвертирующим входом операционного усилителя, выход последнего образует выход дифференциатора относительно «земли», неинвертирующий вход операционного усилителя заземлён.

Недостатком его является составляющая погрешности от определённого конечного (не бесконечного) значения коэффициента усиления операционного усилителя. Имеется потребность в уменьшении приведённой составляющей погрешности и в результате в повышении точности дифференцирования электрических сигналов.

Задача, на решение которой направлено изобретение, состоит в уменьшении составляющей погрешности дифференцирования от определённого конечного (не бесконечного) значения коэффициента усиления операционного усилителя, т.е. в рамках объективно существующего определённого конечного значения коэффициента усиления найти возможность уменьшить названную составляющую погрешности дифференцирования.

Это достигается тем, что в дифференциатор, содержащий операционный усилитель, конденсатор и резистор, один из выводов конденсатора образует вход дифференциатора относительно «земли», другой вывод его соединён с инвертирующим входом операционного усилителя, а неинвертирующий вход его заземлён, один из выводов резистора соединён с общим выводом конденсатора и инвертирующего входа операционного усилителя, введён дополнительный операционный усилитель, инвертирующий вход которого соединён с общим выводом конденсатора, инвертирующего входа имеющегося операционного усилителя и резистора, свободный вывод последнего подключен к выходу дополнительного операционного усилителя, этот выход также образует выход дифференциатора относительно «земли», неинвертирующий вход дополнительного операционного усилителя соединён с выходом имеющегося операционного усилителя.

Сущность изобретения поясняется чертежом (фиг. 1).

Дифференциатор содержит конденсатор 1, один из выводов которого образует вход дифференциатора относительно «земли», а другой соединён с инвертирующим входом первого операционного усилителя 2. Неинвертирующий вход этого усилителя заземлён, а выход соединён с неинвертирующим входом второго операционного усилителя 3. Инвертирующий вход его подключен к общему выводу конденсатора 1 и инвертирующего входа первого операционного усилителя 2. Резистор 4 включен между выходом второго операционного усилителя 3 и общим выводом конденсатора 1, инвертирующего входа первого операционного усилителя 2 и инвертирующего входа второго операционного усилителя 3. Выход последнего образует выход дифференциатора относительно «земли».

В исходном состоянии входное и выходное напряжения дифференциатора равны нулю .

Дифференциатор работает следующим образом. Для реализации операции дифференцирования следует выполнить ряд условий. Среди них условие, что значение коэффициента усиления операционного усилителя должно стремиться к бесконечности. Реальный коэффициент усиления имеет конечное значение и, чтобы приближённо выполнить приведённое выше условие для дифференциаторов, выбирают операционные усилители с большим значением коэффициента усиления. Тогда при воздействии на вход дифференциатора напряжения входного сигнала почти всё это напряжение выделяется на конденсаторе 1, т.к. на инвертирующих входах операционных усилителей почти нулевое напряжение (виртуальный нуль) из-за больших значений коэффициентов усиления первого операционного усилителя 2 и второго 3−.

Известна для электрической ёмкости C дифференциальная зависимость между силой электрического тока и напряжением

(1)

где− сила электрического тока через ёмкость, − напряжение на ней и – время. С учётом виртуального нуля , тогда

(2)

Электрический ток ёмкости почти весь замыкается на резистор 4 из-за виртуального нуля и малого значения входных токов операционных усилителей, также можно выбрать последние с полевыми транзисторами на входе. Выходное напряжение с учётом виртуального нуля определяется напряжением на резисторе 4

(3)

В частном случае при воздействии на вход дифференциатора импульса с изменением напряжения по квадратичному закону

(4)

где − амплитуда напряжения, – время и – длительность импульса, с учётом реальных конечных значений коэффициентов усиления операционных усилителей и реальных значений напряжений на инвертирующих входах выходное напряжение дифференциатора определяется выражением

(5)

где (6)

Первое слагаемое в квадратных скобках в (5) соответствует идеальному дифференцированию, а второе слагаемое – определяет ошибку преобразования.

При

и (7)

ошибка преобразования является весьма малой и определяет малую соответствующую составляющую погрешности, которая много, много меньше, чем такая же составляющая в прототипе. В частности, при одинаковых операционных усилителях в рассматриваемой схеме (фиг. 1), а также в прототипе с учётом (7) соотношения обсуждаемых ошибок преобразования определяется неравенством

(8)

Таким образом, существенно (во много, много раз) уменьшена составляющая погрешности дифференцирования от конечного (не бесконечного) значения коэффициента усиления операционных усилителей.

Можно обратить внимание, что бесконечный коэффициент усиления операционного усилителя и почти нулевое значение напряжения на его инвертирующем входе относительно заземлённого неинвертирующего, например, для схемы на фиг. 1 являются связанными величинами, если можно так сказать. Так для первого операционного усилителя 2 коэффициент усиления K запишется, как

(9)

где – выходное напряжение операционного усилителя 2 и – напряжение относительно «земли» на его инвертирующем входе. И при конечных значениях (обычно -10÷+10 В) очевидно, что при и при.

Дифференциатор, содержащий операционный усилитель, конденсатор и резистор, один из выводов конденсатора образует вход дифференциатора относительно «земли», другой вывод его соединён с инвертирующим входом операционного усилителя, а неинвертирующий вход его заземлён, один из выводов резистора соединён с общим выводом конденсатора и инвертирующего входа операционного усилителя, отличающийся тем, что в него введён дополнительный операционный усилитель, инвертирующий вход которого соединён с общим выводом конденсатора, инвертирующего входа имеющегося операционного усилителя и резистора, свободный вывод последнего подключен к выходу дополнительного операционного усилителя, этот выход также образует выход дифференциатора относительно «земли», неинвертирующий вход дополнительного операционного усилителя соединён с выходом имеющегося операционного усилителя.
Дифференциатор
Дифференциатор
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 1-10 из 62.
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 76.
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