ИНТЕГРАТОР ПЕРИОДИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ

ИНТЕГРАТОР ПЕРИОДИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ
Полезная модель относится к автоматике, вычислительной технике, в частности к электроизмерительной технике.
Известны интеграторы напряжения на основе операционного усилителя (ОУ) с резистором на входе и конденсатором в цепи обратной связи (см.Гутников B.C. Интегральная электроника в электроизмерительных устройствах. - Л.: Энергоатомиздат, 1988. С.94). Недостатком таких устройств является накопление погрешности в режиме длительного интегрирования из-за наличия входного тока и напряжения смещения используемого ОУ.
Наиболее близким устройством того же назначения является интегратор периодических сигналов, содержащий интегрирующий усилитель, инвертирующий вход которого является входом, а выход выходом интегратора, а также операционный усилитель, первый, второй и третий резисторы, конденсатор, трансформатор и повторитель напряжения, причем выход интегрирующего усилителя через первый резистор соединен с инвертирующим входом операционного усилителя, неинвертирующий вход которого заземлен, второй резистор включен между неинвертирующим входом и выходом операционного усилителя, вход повторителя напряжения соединен через вторичную обмотку трансформатора с неинвертирующим входом интегрирующего усилителя и с первой обкладкой конденсатора, а выход повторителя через первичную обмотку трансформатора соединен с земляной шиной (см. А.с.9895617, опубл. в 1983 г., бюл.2). Это устройство принято за прототип.
МПК 606 G7/186
нического результата при использовании прототипа (фиг.1), является, как показали экспериментальные исследования, возникновение значительных погрешностей интегрирования при воздействии помех от постороннего источника напряжения Unap через паразитную емкость Спар и межобмоточную емкость Смо (фиг.2). Это происходит из-за большого значения сопротивления участка цепи между точкой а (неинвертирующий вход ОУ i) и земляной шиной, позтому эта точка находится под воздействием некоторого паразитного напряжения, которое способствует увеличению погрешностей. На фиг.2 через Га и Г2 обозначены активные сопротивления обмоток трансформатора, а через LO - индуктивность ветви намагничивания этого трансформатора.
Сущность полезной модели состоит в стремлении получить технический результат, заключающийся в повышении точности выполнения операции интегрирования периодических сигналов.
Указанный технический результат достигается тем, что в интеграторе периодических сигналов, содержащем интегрируюшда усилитель, инвертирующий вход которого является входом, а выход выходом интегратора, а также операционный усилитель, первый, второй и третий резисторы, конденсатор, трансформатор и повторитель напряжения, причем выход интегрирующего усилителя через первый резистор соединен с инвертирующим входом операционного усилителя, неинвертирующий вход которого заземлен, второй резистор включен между неинвертирующим входом и выходом операционного усилителя, вход повторителя напряжения соединен через вторичную обмотку трансформатора с неинвертирующим входом интегрирующего усилителя и с первой обкладкой конденсатора, а выход повторителя через первичную обмотку трансформатора соединен с земляной шиной, особетюаю заключается в том, что вторая обкладка конден о
сатора соединена с неинвертирующим входом операционного усилителя, выход которого соединен со входом повторителя напряжения, а третий резистор включен включен между неинвертирующим входом интегрирующего усилителя и земляной шиной.
Проведенный анализ уровня техники позволил установить, что заявителем не обнаружено аналога, характеризующегося признаками, тождественными всем признакам заявленного устройства, а определение из перечня аналогов прототипа позволило выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном устройстве, изложенных в формуле полезной модели. Следовательно, заявляемая полезная модель соответствует условию новизна.
На чертежах представлено: на фиг.1 изображена принципиальная схема прототипа; на фиг.2 изображена схема, поясняющая механизм возникновения погрешностей при использовании прототипа; на фиг.З изображена схема предложенного устройства.
Устройство содержит интегрирующий усилитель 1, инвертирующий вход которого является входом интегратора, операционный усилитель 2, первый 3, второй 4 резисторы, конденсатор 5, повторитель напряжения 6, трансформатор 7, третий резистор 8.
В динамике интегратор работает следующим образом.
Переменная и постоянная составляющие напряжения с выхода интегрирующего усилителя 1 подаются на вход инвертирующего усилителя, собранного на ОУ 2, первом 3 и втором 4 резисторах. Значение переменной составляющей снижается подключением параллельно второму резистору 4 конденсатора 5. Постоянная составляющая обусловлена напряжением смещения и входными токами интегрирующего усилителя 1. Для компенсации переменной составляющей на неинвертирующем входе интегрирующего усилителя 1 выходное напряжение
- 3 ОУ 2 через повторитель напряжения б подается на трансформатор 7, обмотки которого включены таким образом, что напряжение вторичной обмотки компенсирует переменную составляющую выходного напряжения ОУ 2. Количества витков обмоток трансформатора равны между собой. Но постоянная составляющая с выхода ОУ 2 полностью передается на неинвертирующий вход интегрирующего усилителя 1, чем обеспечивается глубокая отрицательная обратная связь по постоянному напряжению в интеграторе. Для устранения помех (их возникновение описано выше) третий резистор 8 небольшого номинала (сотни Ом) включается между неинвертирующим входом интегрирующего усилителя 1 (точка а) и земляной шиной, что снижает сопротивление участка между неинвертирующим входом интегрирующего усилителя 1 и землей. Причем этот резистор не нагружает трансформатор, поскольку для полезного переменного сигнала точка а находится под потенциалом, близким к нулю, вследствие взаимной компенсации напряжения Иоу2 на выходе ОУ 2 и ЭДС «2 вторичной обмотки трансформатора (фиг.2). На фиг.2 третий резистор 8 показан пунктирными линиями. В итоге действие помех снижается, что приводит к повышению точности интегрирования периодических сигналов.
Необходимо отметить, что конструктивно трансформатор 7 желательно выполнить с использованием тороидального сердечника с высокой магнитной проницаемостью, что позволит уменьшить индуктивность рассеяния и ток холостого хода.
Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о том, что средство, воплощающее заявленную полезную модель при его осуществлении, способно обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата. Следовательно заявленное устройство соответствует условию промышленная применимость.
- 4 f