ИНТЕГРАТОР ТОКА
CURRENT INTEGRATOR

Предлагаемое изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при измерениях малых электрических токов и зарядов.
Известно устройство (патент RU 20181136 С1 «Измерительный преобразователь напряжения во временной интервал»), в котором используется интегратор тока в виде операционного усилителя с конденсатором цепи обратной связи. Установка нуля операционного усилителя в этом устройстве осуществляется путем подачи на вход интегратора напряжения конденсатора, включенного между выходом усилителя и землей.
Недостатком такой установки нуля является то, что время поддержания условия «нуля» в процессе измерения определяется величиной электрического сопротивления источника измеряемого тока, что ограничивает время измерения до очередной установки нуля, а ноль на выходе усилителя устанавливается с точностью до величины управляющего напряжения на конденсаторе.
Известно устройство (Быстров В.П. и др. «Многоканальная измерительная система для акустического зондирования океана». ПТЭ №5, 1983, с.151-154), в котором отрицательная обратная связь операционного усилителя осуществляется с помощью полевого транзистора, включенного в цепь балансировки и управляемого потенциалом накопительного конденсатора на выходе операционного усилителя.
Недостатком этого устройства является сравнительно низкая точность установки нуля и необходимость периодического повторения операции установки нуля через короткие промежутки времени, что недопустимо при длительных измерениях.
Предлагаемое устройство лишено указанных недостатков за счет того, что оно содержит основной и вспомогательный интеграторы тока, каждый из которых содержит истоковый повторитель на полевом транзисторе с изолированным затвором, выход которого подключен к инвертирующему входу операционного усилителя, а конденсатор включен между выходом операционного усилителя и затвором транзистора, причем вход первого интегратора через ключ и резистор соединен с землей, а выход через другой ключ соединен со входом второго интегратора. Выход последнего через резистор соединен с тем контактом балансировки первого усилителя, подключение к которому обеспечивает отрицательную обратную связь при замыкании указанного другого ключа.
На чертеже представлена электрическая схема предлагаемого устройства.
Устройство содержит операционные усилители У1 и У2, конденсаторы С1 и С2, полевые транзисторы Т1 и Т2, ключи В1-В3 и резисторы R1-R8.
Устройство работает следующим образом.
При отключенном с помощью ключа В1 входе интегратора замыкаются ключи В2 и В3. При этом на выходе усилителя У2 возникает напряжение, приложенное к одному из входов балансировки усилителя У1 (неинвертирующему входу), смещающее выходное напряжение этого усилителя так, что происходит разряд конденсатора С1 до установления нуля на выходе усилителя U1, после чего ключи В2 и В3 размыкаются.
За счет малого смещения напряжения на затворе полевого транзистора Т2 ноль на выходе усилителя У1 устанавливается с высокой точностью.
При этом на выходе усилителя У2 устанавливается управляющее напряжение Uвых(U2), а конденсатор С2 приобретает заряд Uвых(У2)/С2.
После размыкания ключей В2 и В3 цепи разряда конденсаторов С1 и С2 разорваны, и управляющее напряжение Uвых(У2) удерживается достаточно долго (время разряда конденсатора С2 определяется только электрическим сопротивлением между затвором транзистора Т2 и землей, добротностью конденсатора и характеристиками входа интегратора. При использовании полевых транзисторов с изолированными затворами на входах операционных усилителей токи утечки и натекания не превышают 1 пА, что обеспечивает длительное поддержание состояния балансировки усилителя У1.
Таким образом обеспечивается повышение точности установки нуля и длительности поддержания условий балансировки операционного усилителя основного интегратора.