RU2644531C1 - Differentiator - Google Patents
Differentiator Download PDFInfo
- Publication number
- RU2644531C1 RU2644531C1 RU2017112484A RU2017112484A RU2644531C1 RU 2644531 C1 RU2644531 C1 RU 2644531C1 RU 2017112484 A RU2017112484 A RU 2017112484A RU 2017112484 A RU2017112484 A RU 2017112484A RU 2644531 C1 RU2644531 C1 RU 2644531C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- operational amplifier
- inverting input
- output
- differentiator
- capacitor
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
- G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
- G01D5/14—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage
- G01D5/24—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage by varying capacitance
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R17/00—Measuring arrangements involving comparison with a reference value, e.g. bridge
- G01R17/10—AC or DC measuring bridges
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R27/00—Arrangements for measuring resistance, reactance, impedance, or electric characteristics derived therefrom
- G01R27/02—Measuring real or complex resistance, reactance, impedance, or other two-pole characteristics derived therefrom, e.g. time constant
- G01R27/26—Measuring inductance or capacitance; Measuring quality factor, e.g. by using the resonance method; Measuring loss factor; Measuring dielectric constants ; Measuring impedance or related variables
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06G—ANALOGUE COMPUTERS
- G06G7/00—Devices in which the computing operation is performed by varying electric or magnetic quantities
- G06G7/12—Arrangements for performing computing operations, e.g. operational amplifiers
- G06G7/18—Arrangements for performing computing operations, e.g. operational amplifiers for integration or differentiation; for forming integrals
- G06G7/184—Arrangements for performing computing operations, e.g. operational amplifiers for integration or differentiation; for forming integrals using capacitive elements
- G06G7/186—Arrangements for performing computing operations, e.g. operational amplifiers for integration or differentiation; for forming integrals using capacitive elements using an operational amplifier comprising a capacitor or a resistor in the feedback loop
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Mathematical Physics (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Software Systems (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Amplifiers (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к промышленной электронике, аналого-цифровой технике и схемотехнике. Оно, в частности, может быть использовано для дифференцирования аналоговых электрических напряжений, изменяющихся во времени.The invention relates to industrial electronics, analog-to-digital technology and circuitry. It, in particular, can be used to differentiate analogue electrical voltages that change over time.
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».A differentiating device is known (Gusev V.G., Gusev Yu.M. Electronics and microprocessor technology. - M.: Vysshaya Shkola, 2004, p. 467, Fig. 6.21, a) containing an operational amplifier, capacitor, first and second resistors , one of the terminals of the capacitor is connected to the inverting input of the operational amplifier, and the other forms the input of the differentiating device relative to the ground, the first resistor is connected between the output and the inverting input of the operational amplifier, the output of the last forms the output of the differentiating device relative to Earth ", a second resistor connected between the noninverting input and" ground ".
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.Its disadvantage is the limited accuracy of differentiation. As a rule, there is no ideal conversion of electrical signals, including no ideal differentiation. To implement the differentiation operation, a number of conditions should be fulfilled. Among them, the value of the gain K of the operational amplifier should tend to infinity. The real coefficient has a definite final value, which leads to a differentiation error and to the corresponding component of the conversion error. The gain value corresponds to modern levels of circuitry and manufacturing technology for microelectronics.
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.The closest in technical essence and the achieved result is the differentiator selected as a prototype (EI Manaev, Fundamentals of Radio Electronics. - M.: Radio and Communications, 1985, p. 239, Fig. 10.21), containing an operational amplifier, capacitor and resistor, one of the terminals of the capacitor is connected to the inverting input of the operational amplifier, and the other forms the input of the differentiator relative to the ground, a resistor is connected between the output and the inverting input of the operational amplifier, the output of the latter forms the output of the differentiator Finally, the ground, non-inverting input of the operational amplifier is grounded.
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. Its disadvantage is the component of the error from a certain finite (not infinite) value of the gain of the operational amplifier. There is a need to reduce the reduced error component and, as a result, to increase the accuracy of differentiation of electrical signals.
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.The problem to which the invention is directed is to reduce the component of the error of differentiation from a certain finite (not infinite) value of the gain of the operational amplifier, i.e. within the framework of the objectively existing definite final value of the gain, find the opportunity to reduce the named component of the error of differentiation.
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.This is achieved by the fact that in a differentiator containing an operational amplifier, a capacitor and a resistor, one of the terminals of the capacitor forms the input of the differentiator relative to the ground, the other terminal is connected to the inverting input of the operational amplifier, and the non-inverting input is grounded, one of the terminals of the resistor is connected to the common output of the capacitor and the inverting input of the operational amplifier, an additional operational amplifier is introduced, the inverting input of which is connected to the common output of the capacitor inverting the input ode to the existing operational amplifier and resistor, the free output of the latter is connected to the output of the additional operational amplifier, this output also forms the output of the differentiator relative to the ground, the non-inverting input of the additional operational amplifier is connected to the output of the existing operational amplifier.
Сущность изобретения поясняется чертежом (фиг. 1).The invention is illustrated in the drawing (Fig. 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».The differentiator contains a
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
Известна для электрической ёмкости C дифференциальная зависимость между силой электрического тока и напряжениемThe differential relationship between electric current and voltage is known for an electric capacitance C
где
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
В частном случае при воздействии на вход дифференциатора импульса с изменением напряжения по квадратичному законуIn a particular case, when a pulse differentiator is exposed to an input with a voltage change according to the quadratic law
где
где
Первое слагаемое в квадратных скобках в (5) соответствует идеальному дифференцированию, а второе слагаемое – определяет ошибку преобразования.The first term in square brackets in (5) corresponds to perfect differentiation, and the second term determines the conversion error.
При At
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 неравенствомthe conversion error is very small and determines the small corresponding component of the error, which is much, much less than the same component in the prototype. In particular, with the same operational amplifiers in the considered circuit (Fig. 1), as well as in the prototype, taking into account (7), the ratio of the discussed conversion errors is determined by the inequality
Таким образом, существенно (во много, много раз) уменьшена составляющая погрешности дифференцирования от конечного (не бесконечного) значения коэффициента усиления операционных усилителей.Thus, the component of the error of differentiation from the final (not infinite) gain of operational amplifiers is significantly (many, many times) reduced.
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, какIt can be noted that the infinite gain of the operational amplifier and the almost zero voltage value at its inverting input relative to a grounded non-inverting one, for example, for the circuit in FIG. 1 are related quantities, so to speak. So for the first
где
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017112484A RU2644531C1 (en) | 2017-04-12 | 2017-04-12 | Differentiator |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017112484A RU2644531C1 (en) | 2017-04-12 | 2017-04-12 | Differentiator |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2644531C1 true RU2644531C1 (en) | 2018-02-12 |
Family
ID=61227054
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2017112484A RU2644531C1 (en) | 2017-04-12 | 2017-04-12 | Differentiator |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2644531C1 (en) |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2323837A1 (en) * | 1973-05-11 | 1975-03-13 | Siemens Ag | Coded halographic recording of objects - uses light source emitting reference wave and object wave |
SU1033984A1 (en) * | 1982-04-13 | 1983-08-07 | Пензенский Политехнический Институт | Three-component two-terminal network parameter converter |
SU1319048A1 (en) * | 1986-01-13 | 1987-06-23 | Предприятие П/Я А-3517 | Differentiator of difference of two voltages |
SU1762264A1 (en) * | 1990-02-05 | 1992-09-15 | Таганрогский научно-исследовательский институт связи | Converter of parameters on untuned three-component three-terminal networks to voltage |
US6373264B1 (en) * | 1998-02-19 | 2002-04-16 | Sumitomo Metal Industries, Ltd. | Impedance detection apparatus and method of physical variable |
RU2575765C1 (en) * | 2014-11-10 | 2016-02-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Юго-Западный государственный университет" (ЮЗГУ) | Meter of parameters of multi-element passive dipoles |
RU168749U1 (en) * | 2016-05-20 | 2017-02-17 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Самарский государственный университет путей сообщения" (СамГУПС) | Bridge for measuring parameters of an arbitrary passive two-terminal network |
-
2017
- 2017-04-12 RU RU2017112484A patent/RU2644531C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2323837A1 (en) * | 1973-05-11 | 1975-03-13 | Siemens Ag | Coded halographic recording of objects - uses light source emitting reference wave and object wave |
SU1033984A1 (en) * | 1982-04-13 | 1983-08-07 | Пензенский Политехнический Институт | Three-component two-terminal network parameter converter |
SU1319048A1 (en) * | 1986-01-13 | 1987-06-23 | Предприятие П/Я А-3517 | Differentiator of difference of two voltages |
SU1762264A1 (en) * | 1990-02-05 | 1992-09-15 | Таганрогский научно-исследовательский институт связи | Converter of parameters on untuned three-component three-terminal networks to voltage |
US6373264B1 (en) * | 1998-02-19 | 2002-04-16 | Sumitomo Metal Industries, Ltd. | Impedance detection apparatus and method of physical variable |
RU2575765C1 (en) * | 2014-11-10 | 2016-02-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Юго-Западный государственный университет" (ЮЗГУ) | Meter of parameters of multi-element passive dipoles |
RU168749U1 (en) * | 2016-05-20 | 2017-02-17 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Самарский государственный университет путей сообщения" (СамГУПС) | Bridge for measuring parameters of an arbitrary passive two-terminal network |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR101354080B1 (en) | A wide dynamic range electrometer with a fast response | |
EP2996244A1 (en) | Two differential amplifier configuration | |
JPH0720042B2 (en) | Tuneable active filter | |
US7423480B2 (en) | AC amplifier for precision measurement | |
CN106656181B (en) | Control method of digital-to-analog converter and digital-to-analog converter | |
RU2644531C1 (en) | Differentiator | |
US20240235569A1 (en) | Low-noise switched-capacitor circuit | |
US20190312574A1 (en) | Comparison Circuit And Delay Cancellation Method | |
Rungsa et al. | Single commercially available IC: LT1228 based sinusoidal oscillator | |
Prasad et al. | A novel digitally programmable quadrature oscillator using DCVDGA | |
Tapashetti et al. | Design and simulation of op amp integrator and its applications | |
CN112187267A (en) | Current sampling circuit and control method thereof | |
RU2602368C1 (en) | Controlled switch of electric circuit elements | |
US20140125407A1 (en) | Bandwidth limiting for amplifiers | |
CN103762985A (en) | Sampling hold circuit | |
RU2602374C1 (en) | Analogue integrator | |
RU2604879C1 (en) | Non-inverting voltage repeater | |
RU2390919C1 (en) | Controlled ac amplifier | |
CN108886343B (en) | Negative feedback amplifying circuit | |
RU2646377C1 (en) | Analogue integrator | |
CN106130560B (en) | Integrator applied to sigma delta analog-to-digital conversion circuit with DAC function | |
CN114578112B (en) | Attenuation temperature drift method for digital oscilloscope and digital oscilloscope | |
EP2093882A1 (en) | Variable gain circuit | |
KR20210127724A (en) | electronically controlled resistor | |
RU2670712C9 (en) | Device for measuring output signal of piezoelectric sensor |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20190413 |