дифференцирующее устройство

Формула изобретения

Дифференцирующее устройство, содержащее дифференциальный усилитель, аналоговую запоминающую ячейку, выход которой через резистор подключен к инвертирующему входу усилителя, конденсатор, включенный в цепь обратной связи между выходом усилителя и его инвертирующим входом, генератор тактовых импульсов, отличающееся тем, что в него введены два ключа, логический элемент ИЛИ-НЕ, дополнительный резистор и дополнительный конденсатор, включенный между неинвертирующим входом усилителя и общей минусовой шиной, выход источника дифференцируемого напряжения подсоединен одновременно к информационным входам первого и второго ключей, выход генератора тактовых импульсов подключен к входу элемента ИЛИ-НЕ, инверсный выход которого подсоединен к управляющему входу первого ключа, выход которого подключен к входу аналоговой запоминающей ячейки, прямой выход элемента ИЛИ-НЕ подсоединен одновременно к управляющему входу аналоговой запоминающей ячейки и управляющему входу второго ключа, выход которого через дополнительный резистор подключен к неинвертирующему входу усилителя, выход которого является выходом дифференцирующего устройства.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области автоматического регулирования и может быть использовано в корректирующих устройствах следящих систем и измерительных приборах.

Известно дифференцирующее устройство, основанное на сравнении запомненных мгновенных значений в тактовые моменты времени, которое содержит входные ключи, запоминающие конденсаторы и дифференциальный усилитель [1].

Недостатком известного устройства является низкая точность дифференцирования.

Известно дифференцирующее устройство, содержащее два запоминающих конденсатора, триггер, два переходных конденсатора, четыре управляемых ключа и два дифференциальных усилителя [2].

Недостатком известного устройства является низкая точность дифференцирования и низкая надежность из-за его сложности.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому изобретению является дифференцирующее устройство, которое содержит два интегратора, две аналоговые запоминающие ячейки, подключенные к выходам соответствующих интеграторов, и генератор тактовых импульсов, выход которого соединен с управляющими входами аналоговых запоминающих ячеек, первые входы интеграторов подключены к источнику дифференцируемого напряжения, вторые входы интеграторов подсоединены к выходу первой аналоговой запоминающей ячейки, третий вход второго интегратора подключен к выходу второй аналоговой запоминающей ячейки [3].

Однако известное устройство имеет низкую точность дифференцирования, которая обусловлена наличием в выходном сигнале дифференцирующего устройства составляющей, пропорциональной входному сигналу, потерей информации в аналоговых запоминающих ячейках и влиянием нестабильности параметров элементов схемы на точность дифференцирования - в процессе эксплуатации параметры элементов R и С изменяются, что приведет к нарушению строгого равенства T=RС= T₁, где T и T₁ - постоянная времени R и С цепи и длительность такта дискретизации соответственно, и снижению точности дифференцирования.

Заявляемое изобретение решает задачу создания устройства, лишенного вышеперечисленных недостатков. Техническим результатом, достигаемым при использовании заявляемого изобретения, является повышение точности дифференцирования за счет ликвидации побочных составляющих в выходном сигнале и равенства выходного напряжения устройства производной от входного сигнала.

Поставленная цель достигается тем, что в дифференцирующее устройство, содержащее дифференциальный усилитель, аналоговую запоминающую ячейку, выход которой через резистор подключен к инвертирующему входу усилителя, конденсатор, включенный в цепь обратной связи между выходом усилителя и его инвертирующим входом, генератор тактовых импульсов, введены два ключа, логический элемент "ИЛИ-НЕ", дополнительный резистор и дополнительный конденсатор, включенный между неинвертирующим входом усилителя и общей минусовой шиной, выход источника дифференцируемого напряжения подсоединен одновременно к информационным входам первого и второго ключей, выход генератора тактовых импульсов подключен к выходу элемента "ИЛИ-НЕ", инверсный выход которого подсоединен к управляющему входу первого ключа, выход которого подключен к входу аналоговой запоминающей ячейки, прямой выход элемента "ИЛИ-HE" подсоединен одновременно к управляющему входу аналоговой запоминающей ячейки и управляющему входу второго ключа, выход которого через дополнительный резистор подключен к неинвертирующему входу усилителя, выход которого является выходом устройства.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое дифференцирующее устройство отличается тем, что в него введены два ключа, логический элемент "ИЛИ-НЕ", дополнительный резистор и дополнительный конденсатор, включенный между неинвертирующим входом усилителя и общей минусовой шиной, выход источника дифференцирующего напряжения подсоединен одновременно к информационным входам первого и второго ключей, выход генератора тактовых импульсов подключен к входу элемента "ИЛИ-НЕ", инверсный выход которого подсоединен к управляющему входу первого ключа, выход которого подключен к входу аналоговой запоминающей ячейки, прямой выход элемента "ИЛИ-НЕ" подсоединен одновременно к управляющему входу аналоговой запоминающей ячейки и управляющему входу второго ключа, выход которого через дополнительный резистор подключен к неинвертирующему входу усилителя, выход которого является выходом устройства.

Таким образом, заявляемое дифференцирующее устройство соответствует критерию "новизна".

Сравнение заявляемого технического решения не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области техники позволило выявить в них признаки, отличающие заявляемое техническое решение от прототипа. Это позволяет сделать вывод о соответствии критерию "изобретательский уровень".

На чертеже приведена структурная электрическая схема дифференцирующего устройства.

Дифференцирующее устройство содержит источник дифференцирующего напряжения 1, ключи 2, 3, аналоговую запоминающую ячейку 4, генератор тактовых импульсов 5, элемент "ИЛИ-НЕ" 6, резисторы 7, 9, конденсаторы 8, 10 и дифференциальный усилитель 11.

Выход источника дифференцируемого напряжения 1 подсоединен одновременно к информационным входам первого 2 и второго 3 ключей. Выход генератора тактовых импульсов 4 подключен к входу элемента "ИЛИ-НЕ" 5, прямой выход которого подсоединен к управляющему входу первого ключа 2. Инверсный выход элемента "ИЛИ-НЕ" 5 подключен одновременно к управляющим входам аналоговой запоминающей ячейки 6 и второго ключа 3, выход которого через резистор 9 подсоединен к неинвертирующему входу усилителя 11. Конденсатор 8 включен в цепь обратной связи между выходом усилителя и его инвертирующим входом. Конденсатор 10 включен между общей минусовой шиной и неинвертирующим входом усилителя, выход которого является выходом дифференцирующего устройства.

Дифференцирующее устройство работает следующим образом. Дифференцируемый сигнал поступает одновременно на информационные входы первого и второго ключей 2 и 3. Для формирования приращения независимой переменной дифференцирующее устройство содержит генератор тактовых импульсов 4. Элемент "ИЛИ-НЕ" 5 управляет ключами 2, 3 и аналоговой запоминающей ячейкой в тактовые моменты времени. В устройстве разность ординат заменена разностью площадей функции в тактовые моменты времени, так как длительность такта, то есть приращение t, остается постоянной величиной. Для сравнения площадей используется интегратор разности напряжений 12, построенный на резисторах 7, 9, конденсаторах 8, 10 и усилителе постоянного тока 11. На выходе интегратора снимается сигнал, равный производной от входного сигнала:



t=t_n-t_n-1,

где k - коэффициент передачи интегратора разности напряжений по двум идентичным каналам; U_вх1(t) и U_вх2(t) - текущие значения входных сигналов первой и второй входных цепей интегратора разности напряжений.

Из выражения (1) следует, что предлагаемое устройство выполняет операцию дифференцирования со сглаживанием.

Введение новой совокупности признаков позволяет повысить точность дифференцирования. Повышение точности достигается, во-первых, за счет того, что потеря информации на запоминание уменьшена в два раза; во-вторых, в выходном сигнале дифференцирующего устройства не содержится слагаемая, пропорциональная входному сигналу; в третьих, при равенстве постоянных времени обеих входных цепей интегратора разности напряжений, то есть, если R₁С₁=R₂С₂ (это легко достигается соответствующим подбором параметров и типов резисторов и конденсаторов, причем равенство не будет нарушаться в процессе эксплуатации), то побочные составляющие в выходном сигнале дифференцирующего устройства отсутствуют и выходное напряжение устройства будет точно равно производной от входного сигнала.

Источники информации

1. Акцептованная заявка Великобритании 1310572, кл. G 4 G, 1973.

2. Авторское свидетельство СССР 608173, кл. G 06 G 7/18, 25.05.78.

3. Авторское свидетельство СССР 577540, кл. G 06 G 7/18, 25.10.77 (прототип).