×
04.04.2018
218.016.2fe5

Результат интеллектуальной деятельности: Дифференциатор

Вид РИД

Изобретение

№ охранного документа
0002644531
Дата охранного документа
12.02.2018
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.

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 21-30 из 62.
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
20.02.2016
№216.014.e8eb

Мостовой измеритель параметров двухполюсников

Изобретение относится к метрологии, в частности к средствам измерения параметров двухполюсников. Измеритель содержит генератор, четырехплечую мостовую цепь и нуль-индикатор. Генератор состоит из четырех формирователей импульсов, блока синхронизации, коммутатора, усилителя мощности....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002575794
Дата охранного документа: 20.02.2016
20.04.2016
№216.015.350a

Мостовой измеритель параметров n-элементных двухполюсников

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, автоматике и промышленной электронике и может быть использовано для контроля и определения параметров объектов измерения, а также физических величин посредством параметрических датчиков. Задача, на решение которой направленно...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002581404
Дата охранного документа: 20.04.2016
20.04.2016
№216.015.3735

Мостовой измеритель параметров двухполюсников

Изобретение относится к промышленной электронике, автоматике, информационно-измерительной технике. Заявленный мостовой измеритель параметров двухполюсников содержит генератор питающих импульсов, состоящий из формирователей импульсов с изменением напряжения в течение их длительности по закону...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002581776
Дата охранного документа: 20.04.2016
Показаны записи 21-30 из 76.
13.01.2017
№217.015.8d79

Неинвертирующий повторитель напряжения

Изобретение относится к схемотехнике, автоматике, промышленной электронике и измерительной технике. Оно может быть использовано, в частности, в виде буферных (развязывающих) каскадов и согласующих устройств. Техническая задача решается посредством того, что в неинвертирующий повторитель...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002604879
Дата охранного документа: 20.12.2016
25.08.2017
№217.015.9a90

Управляемый коммутатор напряжений, несущих информацию

Изобретение относится к информационно-измерительной технике, автоматике и промышленной электронике. Технический результат заключается в обеспечении возможности поддерживать коммутатор в замкнутом состоянии продолжительное время без ухудшения параметров: остаточного напряжения коммутатора и его...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002610298
Дата охранного документа: 08.02.2017
26.08.2017
№217.015.eaf1

Классификатор для разделения очищенных дымовых газов на азот и углекислый газ

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано в процессах очистки дымовых газов от вредных примесей, например, для полной утилизации дымовых газов теплогенераторов, работающих на бессернистом топливе (природном газе). Классификатор для разделения очищенных дымовых газов на...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002627892
Дата охранного документа: 14.08.2017
20.11.2017
№217.015.ef50

Управляемый коммутатор элементов электрической сети

Изобретение относится к вычислительной технике, информационно-измерительной технике, автоматике и промышленной электронике. Технический результат – обеспечено получение нулевого значения остаточного напряжения управляемого коммутатора элементов электрической цепи, а также нулевое значение его...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002628994
Дата охранного документа: 23.08.2017
19.01.2018
№218.016.00c7

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 генератор...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002629653
Дата охранного документа: 30.08.2017
19.01.2018
№218.016.0108

Мостовой измеритель параметров двухполюсников

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, автоматике и промэлектронике. Мостовой измеритель параметров двухполюсников содержит последовательно соединенные генератор питающего сложного электрического сигнала, мостовую цепь и нуль-индикатор. Генератор состоит из формирователей...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002629715
Дата охранного документа: 31.08.2017
19.01.2018
№218.016.0835

Мостовой измеритель параметров n-элементных двухполюсников

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, автоматике и промышленной электронике и может быть использовано для контроля и определения параметров объектов измерения, а также физических величин посредством параметрических датчиков. Технический результат: расширение функциональных...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002631540
Дата охранного документа: 25.09.2017
04.04.2018
№218.016.365f

Аналоговый интегратор

Изобретение относится к промышленной электронике. Технический результат направлен на уменьшение погрешности интегрирования. Аналоговый интегратор, содержащий два операционных усилителя, два конденсатора и четыре резистора, а также дополнительный операционный усилитель, дополнительный...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002646377
Дата охранного документа: 02.03.2018
10.05.2018
№218.016.3fe8

Цифро-аналоговый преобразователь

Изобретение относится к схемотехнике, автоматике, промышленной электронике и аналого-цифровой технике и может быть использовано в устройствах преобразования цифровых величин в пропорциональные аналоговые величины. Техническим результатом является уменьшение значения составляющей погрешности...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002648579
Дата охранного документа: 26.03.2018
20.06.2018
№218.016.64bf

Мостовой измеритель параметров n-элементных двухполюсников

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, автоматике и промышленной электронике и может быть использовано для контроля и определения параметров объектов измерения, а также физических величин посредством параметрических датчиков. Устройство состоит из измерительного моста,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002658077
Дата охранного документа: 19.06.2018
+ добавить свой РИД