Apparaten integreren. Apparaten geïntegreerd op moderne moederborden

Eerdere analoge signaalverwerkingsapparaten hadden frequentie-onafhankelijke feedbackcircuits, d.w.z. b = const en is niet afhankelijk van de frequentie. De integrerende en differentiërende versterkers hebben, in tegenstelling tot de vorige apparaten, frequentieafhankelijke feedbackcircuits. Hiervoor bevat het besturingssysteem een ​​capaciteit in het circuit, waarvan de weerstand afhangt van de frequentie.

De integrerende versterker is gebouwd op basis van een inverterende versterker, ter vervanging in het feedbackcircuit R2 op de MET, rijst. 20.7.

Rijst. 20.7. Functioneel diagram van het integrerende apparaat

Vanwege de tweede veronderstelling hebben we:

ik in + ik c = 0,

De linker klem is geaard, dus de uitgangsspanning is gelijk aan de spanning over de condensator.

(20.5)

Als een constante spanningsstoot op de ingang wordt toegepast, dan:

, stijgt de uitgangsspanning lineair met de tijd. Het teken "-" geeft aan dat de helling negatief is.

Wanneer rechthoekige pulsen op de ingang worden toegepast, kan een zaagvormige spanning worden verkregen. Als het ingangssignaal een wisselspanning is volgens de cosinuswet, d.w.z. U in = U in kostent, dan .

De frequentierespons van de integrator op een dubbellogaritmische schaal moet strikt overeenkomen met een 1e orde laagdoorlaatfilter met een roll-off gelijk aan 6 dB per octaaf of 20 dB per decennium.

De versterking van een integrerende versterker kan eenvoudig worden verkregen uit de versterking van een inverterende versterker door vervanging R2 op de X met,

. (20.6)

Uit uitdrukking (20.6) blijkt dat met toenemende frequentie de K (ω)... Zoals al opgemerkt, in tegenstelling tot eerdere apparaten, B is frequentieafhankelijk en complex. Bij hoge frequenties is b = 1 en is de faseverschuiving van het terugkoppelcircuit nul, zoals in het geval van frequentieonafhankelijk. De integratienauwkeurigheid hangt af van de keuze van de integratieconstante t = RC en op de parameters van de op-amp. Om de nauwkeurigheid te verbeteren, is het wenselijk om gecorrigeerde opamps te gebruiken met kleine ik doe mee.

Integrator, integrator, computerapparaat voor het bepalen van integraal , bijvoorbeeld van de vorm waarin x en Bij- invoervariabelen. Invoervariabelen kunnen mechanische verplaatsing, druk, elektrische stroom (spanning), aantal pulsen, temperatuur, enzovoort zijn. wordt gebruikt als een onafhankelijk computerapparaat bij het oplossen van wiskundige problemen door integratiemethoden; kan dienen als onderdeel van een automatisch besturingssysteem (integrerende koppeling); deel uitmaken van een computer; gebruikt om een ​​fysiek proces te simuleren, enz. Bijvoorbeeld hydraulisch I. op. gebruikt om voorbijgaande processen van warmteoverdracht, filtratie, diffusie te bestuderen. De bestudeerde variabelen worden weergegeven door de vloeistofniveaus in de vaten die communiceren via de zogenaamde weerstandsbuizen. Als de kleppen in de leidingen worden geopend, worden de initiële vloeistofniveaus herverdeeld in overeenstemming met de gespecificeerde voorwaarden. Het vinden van de waarden van de uitvoerhoeveelheid wordt in dit geval teruggebracht tot het meten van de vloeistofniveaus in de vaten. Het belangrijkste element van elektronische I. op. continue actie (analoog) is een elektrische condensator waarvan de spanning evenredig is met de integraal van de stroom die door de condensator in het feedbackcircuit vloeit operationele versterker ... Zo'n I. op. zijn meestal onderdeel van analoge computers.

Digitale I. op. maken deel uit van digitale differentiële analysatoren, evenals enkele gespecialiseerde computerapparatuur, bijvoorbeeld interpolators ... Integratie van functies in digitale I. at. wordt vervangen door de bewerking van het optellen van een eindig aantal opeenvolgende waarden van deze functie (de stappen ervan), gegeven op discrete punten. In dit geval wordt de numerieke invoer- en uitvoerinformatie gepresenteerd in de vorm van elektrische impulsen en wordt de integratie uitgevoerd door deze impulsen op te tellen. Door de prijs van impulsen klein genoeg te kiezen, kan men praktisch noodzakelijke nauwkeurigheid bieden bij het vervangen van de integraal door een som; nauwkeurigheid van analoge I. op. beperkt.

verlicht.: Feldbaum AA, Computerapparatuur in automatische systemen, M., 1959; Digitale analogen voor automatische besturingssystemen, M.-L., 1960; Reimon F.A., Automatisering van informatieverwerking, vert. uit het Frans, M., 1961

M.M. Gelman.

Integrator

integrator, rekenapparaat voor het bepalen van de Integraal a, bijvoorbeeld van de vorm x en Bij- invoervariabelen. Invoervariabelen kunnen mechanische verplaatsing, druk, elektrische stroom (spanning), aantal pulsen, temperatuur, enzovoort zijn. wordt gebruikt als een onafhankelijk computerapparaat bij het oplossen van wiskundige problemen door integratiemethoden; kan dienen als onderdeel van het automatische besturingssysteem (integrerende koppeling); deel uitmaken van een computer; gebruikt om een ​​fysiek proces te simuleren, enz. Bijvoorbeeld hydraulisch I. op. gebruikt om voorbijgaande processen van warmteoverdracht, filtratie, diffusie te bestuderen. De bestudeerde variabelen worden weergegeven door de vloeistofniveaus in de vaten die communiceren via de zogenaamde weerstandsbuizen. Als de kleppen in de leidingen worden geopend, worden de initiële vloeistofniveaus herverdeeld in overeenstemming met de gespecificeerde voorwaarden. Het vinden van de waarden van de uitvoerhoeveelheid wordt in dit geval teruggebracht tot het meten van de vloeistofniveaus in de vaten. Het belangrijkste element van elektronische I. op. continue actie (analoog) is een elektrische condensator waarvan de spanning evenredig is met de integraal van de stroom die door de condensator in de feedbacklus van een operationele versterker vloeit (zie Operationele versterker). Zo'n I. op. zijn meestal onderdeel van analoge computers.

Digitale I. op. maken deel uit van digitale differentiële analysers, evenals van enkele gespecialiseerde computerapparatuur, zoals interpolators. Integratie van functies in digitale I. at. wordt vervangen door de bewerking van het optellen van een eindig aantal opeenvolgende waarden van deze functie (de stappen ervan), gegeven op discrete punten. In dit geval wordt de numerieke invoer- en uitvoerinformatie gepresenteerd in de vorm van elektrische impulsen en wordt de integratie uitgevoerd door deze impulsen op te tellen. Door de prijs van impulsen klein genoeg te kiezen, kan men praktisch noodzakelijke nauwkeurigheid bieden bij het vervangen van de integraal door een som; nauwkeurigheid van analoge I. op. beperkt.

verlicht.: Feldbaum AA, Computerapparatuur in automatische systemen, M., 1959; Digitale analogen voor automatische besturingssystemen, M.-L., 1960; Reimon F.A., Automatisering van informatieverwerking, vert. uit het Frans, M., 1961

M.M. Gelman.

Grote Sovjet-encyclopedie. - M.: Sovjet-encyclopedie. 1969-1978 .

• Geïntegreerde gewasbescherming
• Integrerende factor

Zie wat "Integrator" is in andere woordenboeken:

INTEGRATOR- integrator, berekent. een apparaat voor het bepalen van bepaalde soorten integralen. Op zichzelf gebruikt. apparaat of in de computer. auto's. Volgens de methode om de waarden van I. op. onderverdeeld in analoog en digitaal. De meest gebruikte ... ...

Integrator- Integrator, integrator ... Beknopt verklarend woordenboek van afdrukken

Harmonische analysator- een rekenapparaat voor het vinden van de amplituden van de harmonischen van complexe periodieke functies (zie. Periodieke functie). Ze worden gebruikt in dynamische studies van krukmechanismen van motoren, voor een voorlopige beoordeling van het effect ...

Faseverschuivende ketting- een elektrisch circuit, aan de uitgang waarvan de fasen (zie. Fase van oscillaties) van oscillaties van individuele harmonische componenten van het spectrum van het signaal dat zich erlangs voortplant, verschillen van de fasen van de overeenkomstige componenten aan de ingang. In F.c. met gericht ... ... Grote Sovjet Encyclopedie

Integrator- hetzelfde als het integratieapparaat ... Grote Sovjet Encyclopedie

Digitale differentiële analysator- een gespecialiseerde digitale integratiemachine, die is gebaseerd op digitale integratieapparaten (zie Integratieapparaat) (integrators), die integratie uitvoert via de onafhankelijke variabelenset in de vorm van incrementen ... Grote Sovjet Encyclopedie

HYDRO-INTEGRATOR- (van hydro ... en lat. integro ik vul aan, herstel) een integrator, bovendien worden de integratiebewerkingen gemodelleerd door de accumulatie van vloeistof ... Groot encyclopedisch polytechnisch woordenboek

INTEGRATOR- (van lat. integro ik vul aan, herstel) 1) mechanisch. een apparaat voor het bepalen van integralen van bepaalde typen (bijvoorbeeld voor het berekenen van traagheidsmomenten, gebieden van vlakke figuren). Zie ook Planimeter. 2) Hetzelfde als het integrerende apparaat ... Groot encyclopedisch polytechnisch woordenboek

Stroommeter- Een apparaat dat de stroomsnelheid meet van een stof die per tijdseenheid door een bepaald gedeelte van de pijpleiding gaat, wordt een stroommeter genoemd. Als het apparaat een integrerend apparaat met een teller heeft en dient voor het gelijktijdig meten van de hoeveelheid van een stof, dan ... ... Wikipedia

Stroommeter- Een flowmeter is een apparaat dat het debiet meet van een stof die per tijdseenheid door een bepaald gedeelte van de pijpleiding gaat. Als het apparaat een integrerend apparaat met een teller heeft en dient voor het gelijktijdig meten van de hoeveelheid van een stof, dan is het ... ... Wikipedia

Apparaten integreren, zoals differentiërende apparaten, gebruiken de eigenschappen van een condensator. De elektrische stroom die door de condensator vloeit, is evenredig met de veranderingssnelheid van de spanning erover:

.

Deze beschrijving van de processen van differentiatie en integratie is geldig onder ideale omstandigheden (de interne weerstand van de spanningsbron neigt naar nul, de stroombron neigt naar oneindig).

Vooral in passieve circuits is dit echter niet het geval. Overweeg een passieve integratie RC-keten (Figuur 2.7.1.).

Rijst. 2.7.1. Geïntegreerd RC-circuit

Voor zo'n ketting kun je schrijven:

I 1 (t)= ik 2 (t)+I 3 (t)

(2.23.)

na conversie:

(2.24)

of anders:

waar jij 0 (t) Is ideale integratie, en de tweede term is de absolute integratiefout.

Bij jij bent binnen(t)=const=E, wordt de ideale oplossing bepaald door de uitdrukking

.

De algemene oplossing van vergelijking (2.23.) Heeft de vorm:

.

Als = K y de versterking van het circuit is,

T is de tijdconstante van de keten.

dan kun je schrijven:

U 0 (t) = К у

U U 0 = U in = DU U uit (t) t

Afb. 2.7.2. Integratiefout

Met behulp van de bovenstaande techniek is het gemakkelijk om de looptijd van het circuit te bepalen, binnen de foutmarge.

De nadelen van een integrerende RC-schakeling worden voornamelijk bepaald door:

1. Kleine integratietijd.

2. Te lage uitgangsspanning voor een bepaalde fout.

3. Het circuit kan alleen hoge weerstandsbelastingen aan.

Actief integrerend apparaat maakt gebruik van een diepe op-amp met negatieve feedback die wiskundige integratiebewerkingen uitvoert. Een actieve integrator wordt veel gebruikt in analoge computerapparatuur en informatiemeetapparatuur; het circuit wordt getoond in Fig. 2.7.3:

Rijst. 2.7.3. Actief integrerend apparaat

Op basis van de wetten van Kirchhoff kun je schrijven:

.

We lossen gezamenlijk het stelsel vergelijkingen op, exclusief

,

,

.

De resulterende uitdrukking kan worden geïntegreerd en verkregen:

resultaat fout

Bij naar jou neigt naar oneindig neigt naar 1, en neigt naar 0, dan

. (2.26.)

De juiste uitdrukkingsterm (2.25.) Is keer minder dan de juiste uitdrukkingsterm voor de passieve keten (2.24). Bijgevolg zorgt uitdrukking (2.26) ervoor dat de integratiebewerking wordt uitgevoerd met een nauwkeurigheid van naar jou keer meer dan passief RC-keten.

Bij het uitvoeren van de integratie is het noodzakelijk om de beginvoorwaarde vast te stellen op t = 0.

Dit wordt geleverd door de schakeling in figuur 2.7.4. Voordat het ingangssignaal wordt geleverd aan de integrator met behulp van de schakelaar K, wordt een vooraf bepaalde spanning Uo geleverd aan de condensator C, die wordt gevormd door het +/- E, R2, C, R3-circuit. Na het loskoppelen van dit circuit blijft de initiële spanning op de capaciteit staan, vanaf het niveau waarvan de integratie wordt uitgevoerd.

Rijst. 2.7.4. Actieve integrator met initiële waarde-instelling

In de praktijk worden vaak integrators met veel ingangen en gelijktijdige integratie- en sommatiebewerkingen gebruikt. Het uitgangssignaal wordt bepaald door de formule:

U uit (t) = -

Voor een integrator met meerdere ingangen die inverterende en niet-inverterende ingangen gebruikt (Fig. 2.7.5.), is de uitdrukking voor U out:

ben je weg

Controlevragen

1. Welke voorbeelden van het gebruik van modelleringsmethoden voor het oplossen van praktische problemen ken je?

2. Waar is het analogiesysteem op gebaseerd?

3. Welke methoden voor het bouwen van analoge computerapparatuur kent u?

4. Welke soorten fouten kenmerken de nauwkeurigheid van analoge computerapparatuur?

5. Wat is het doel van de belangrijkste differentiële apparaten die in analoge technologie worden gebruikt?

6. Wat bepaalt de fout van passieve sommerende apparaten?

7. Voer een vergelijkende analyse uit van de fouten van de passieve en actieve optelapparaten. Welke factoren hebben de grootste invloed op de nauwkeurigheid van de totalisators?

8. Leid de formule af voor het bepalen van de differentiatietijd van een passieve differentiërende schakeling voor een gegeven relatieve fout: bij R = 1 Ohm, C = 0,1 μF, du = 2%.

9. Welke voorbeelden van het gebruik van een actief differentiërend apparaat kent u? Geef de schema's en hun kenmerken.

10. Rechtvaardig de formules die het werk van een passieve integrerende schakeling en de nadelen ervan beschrijven.

11. Hoe stel je de beginvoorwaarden in op t = 0 voor een actieve integrator?

12. Wat zijn de belangrijkste foutenbronnen voor een passief integrerend circuit en een actief integrerend apparaat?

In pulsinrichtingen genereert de hoofdoscillator vaak rechthoekige pulsen van een bepaalde duur en amplitude, die bedoeld zijn om getallen en besturingselementen van rekeninrichtingen, ienz. met een bepaalde duur en amplitude weer te geven. Dientengevolge wordt het noodzakelijk om de pulsen van de hoofdoscillator vooraf om te zetten. De aard van de transformatie kan verschillen. Het kan dus nodig zijn om de amplitude of polariteit, de duur van de aandrijfpulsen, te veranderen om ze in de tijd te vertragen.

Conversies worden voornamelijk uitgevoerd met behulp van lineaire circuits - vierpolig, die passief en actief kunnen zijn. In de beschouwde circuits bevatten passieve vierpolige netwerken geen stroombronnen, actieve gebruiken de energie van interne of externe stroombronnen. Met behulp van lineaire circuits worden transformaties uitgevoerd zoals differentiatie, integratie, verkorting van pulsen, wijziging van de amplitude en polariteit en het vertragen van pulsen in de tijd. De bewerkingen van differentiatie, integratie en verkorting van pulsen worden respectievelijk uitgevoerd door circuits te differentiëren, integreren en inkorten. De verandering in de amplitude en polariteit van de puls kan worden uitgevoerd met behulp van een pulstransformator en de vertraging ervan in de tijd - door een vertragingslijn.

Integratieschakeling... In afb. 19.5 toont een diagram van de eenvoudigste schakeling (passieve vierpolige), waarmee u de bewerking kunt uitvoeren van het integreren van het elektrische ingangssignaal dat wordt toegepast op klemmen 1-1 | als het uitgangssignaal afkomstig is van de klemmen 2-2 ".

Laten we de circuitvergelijking samenstellen voor momentane waarden van stromen en spanningen volgens de tweede wet van Kirchhoff:

Hieruit volgt dat de circuitstroom zal veranderen volgens de wet

Als u de tijdconstante kiest: voldoende groot is, dan kan de tweede term in de laatste vergelijking worden verwaarloosd, dan is i (t) = u inx (t) / R.

De spanning over de condensator (op klemmen 2-2 ") zal gelijk zijn aan

(19.1)

Uit (19.1) is te zien dat het circuit getoond in Fig. 19.5, voert de bewerking uit om de ingangsspanning te integreren en te vermenigvuldigen met een evenredigheidsfactor die gelijk is aan het omgekeerde van de circuittijdconstante:

Het timingdiagram van de uitgangsspanning van de integrerende schakeling wanneer een reeks rechthoekige pulsen op de ingang wordt toegepast, wordt getoond in Fig. 19.6.

Differentiële keten... Met behulp van de schakeling, waarvan het diagram wordt getoond in Fig. 19.7 (passieve quadrupool), is het mogelijk om differentiatie uit te voeren van het elektrische ingangssignaal dat wordt toegevoerd aan klemmen 1-1 "als het uitgangssignaal afkomstig is van klemmen 2-2". Laten we de circuitvergelijking samenstellen voor momentane waarden van stroom en spanning volgens de tweede wet van Kirchhoff:

Als de weerstand R klein is en de term i (t) R kan worden verwaarloosd, dan is de stroom in het circuit en de uitgangsspanning van het circuit uit R,

(19.2)

Analyse van (19.2), het kan worden gezien dat met behulp van het circuit in kwestie, de bewerkingen van het differentiëren van de ingangsspanning en het vermenigvuldigen ervan met de evenredigheidscoëfficiënt gelijk aan de tijdconstante τ = RC worden uitgevoerd. De vorm van de uitgangsspanning van de differentiërende schakeling wanneer een reeks rechthoekige pulsen op de ingang wordt toegepast, wordt getoond in Fig. 19.8. In dit geval zou de uitgangsspanning in theorie afwisselende pulsen moeten zijn met een oneindig grote amplitude en een korte (bijna nul) duur.

Vanwege het verschil in de eigenschappen van de echte en ideale differentiërende circuits, evenals de uiteindelijke steilheid van het pulsfront, worden echter pulsen verkregen aan de uitgang waarvan de amplitude kleiner is dan de amplitude van het ingangssignaal, en hun duur wordt bepaald als t en = (3 ÷ 4) τ = (3 ÷ 4) RС.

In het algemeen hangt de vorm van de uitgangsspanning af van de verhouding van de pulsduur van het ingangssignaal t en de tijdconstante van de differentiërende schakeling τ. Op het tijdstip t1 wordt de ingangsspanning aangelegd aan de weerstand R, aangezien de spanning over de condensator niet abrupt kan veranderen. Dan neemt de spanning over de condensator exponentieel toe, en de spanning over de weerstand R, d.w.z. de uitgangsspanning, neemt exponentieel af en wordt gelijk aan nul op tijdstip t2, wanneer de condensator klaar is met opladen. Bij kleine waarden van τ is de duur van de uitgangsspanning kort. Wanneer de spanning u BX (t) nul wordt, begint de condensator te ontladen via de weerstand R. Er wordt dus een puls met omgekeerde polariteit gegenereerd.

P
Assieve integrerende en differentiërende schakelingen hebben de volgende nadelen: beide wiskundige bewerkingen worden bij benadering uitgevoerd, met bekende fouten. Het is noodzakelijk om corrigerende verbindingen te introduceren, die op hun beurt de amplitude van de uitgangspuls sterk verminderen, d.w.z. zonder tussenversterking van de signalen is n-voudige differentiatie en integratie praktisch onmogelijk.

Deze nadelen zijn niet inherent aan actieve differentiërende en integrerende apparaten. Een van de mogelijke manieren om deze apparaten te implementeren is het gebruik van operationele versterkers (zie hoofdstuk 18).

Actieve differentiator... Een diagram van een dergelijk apparaat op basis van een operationele versterker wordt getoond in Fig. 19.9. Condensator C is verbonden met ingang 1 en weerstand Roc is verbonden met het feedbackcircuit. Omdat de ingangsimpedantie extreem hoog is (R in -> ∞), vloeit de ingangsstroom rond het circuit langs het pad dat wordt aangegeven door de stippellijn. Aan de andere kant zijn de spanning en ingang in dit verband erg klein, aangezien Ku -> ∞, daarom is de potentiaal van punt B van het circuit praktisch nul. Daarom is de ingangsstroom

(19.3)

De uitgangsstroom i (t) is tegelijkertijd de laadstroom van de condensator C: dq = Cdu BX (t), vanwaar

(19.4)

Door de linkerzijden van vergelijkingen (19.3) en (19.4) te vergelijken, kan men schrijven -th (t) / R oc = С du inx (t) / dt, vanwaar

(19.5)

De uitgangsspanning van de operationele versterker is dus het product van de afgeleide van de ingangsspanning naar de tijd, vermenigvuldigd met de tijdconstante τ = R OS C.

EEN
actieve integrator... Het schema van een integrerend apparaat op basis van een operationele versterker, getoond in Fig. 19.10 verschilt van het onderscheidende apparaat in Fig. 19.9 alleen in die zin dat de condensator C en de weerstand R oc (in Fig. 19.10 -R 1) van plaats zijn verwisseld. Zoals eerder, R in -> ∞ en spanningsversterking Ku -> ∞. Daarom wordt in het apparaat de condensator C geladen met een stroom i (t) = u BX (t) / R 1. Aangezien de spanning over de condensator praktisch gelijk is aan de uitgangsspanning (φ B = 0), en de operationele versterker de fase van het ingangssignaal aan de uitgang verandert met een hoek , hebben we

(19.6)

De uitgangsspanning van een actieve integrator is dus het product van een bepaalde integraal van de ingangsspanning in de tijd met een factor 1 / .