Аналоговое запонинающее устройство для узкополосного сигнала Советский патент 1991 года по МПК G11C27/00 

о ю сл

(л

чэ

15 сумматоров, интегратора 2, генератора 12 низкой частоты, первого и второго выпрямителей 10 и 11, третьего ключа 6, полосового фильтра 14 и источника 13 опорного напряжения. Выборка и запоминание в устройстве реализованы на базе интегратора со сбросом. Стабилизация параметров цепи выборки и запоминания осуществляется подачей на вход устройства параллельно основному тестового сигнала, частотный

спектр которого отличается от частотного спектра основного сигнала с последующим частотным разделением сигналов. Автоматическое регулирование величины постоянной времени интегратора и напряжения смещения нулевого уровня позволяет не менее, чем в 10 раз повысить точность широкополосного аналогового устройства по сравнению с аналогичными по полосе пропускания. 1 ил.

Изобретение относится к автоматике, измерительной и вычислительной технике и может быть использовано в устройствах цифровой обработки сигналов с ограниченным спектром рабочих частот. Целью изобретения является повышение точности аналогового запоминающего устройства. Поставленная цель достигается за счет введения инвертирующего 1 и параллельного

Изобретение относится к автоматике, измерительной и вычислительной технике и может быть использовано в устройствах цифровой обработки сигналов с ограниченным спектром рабочих частот.

Целью изобретения является повышение точности аналогового запоминающего устройства.

На чертеже приведена функциональная схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит инвертирующий сумматор 1, интегратор 2, операционный усилитель (ОУ) 3, ключи 4-6, одновибратор I, накопительный элемент на конденсаторе 8. согласующий элемент на резисторе 9, выпрямители 10 и 11, генератор 12 низкой частоты, источник 13 опорного напряжения, полосовой фильтр 14 и параллельный сумматор 15.

Устройство работает следующим образом.

При поступлении на управляющий вчод устройства импульса замыкаются ключи 4 it. 6 и происходит разряд конденсатора f в интеграторе на ОУ 3, т.е. сброс интегратора на ОУ 3 в исходное (нулевое) состояние. По срезу управляющего импульса ключи 4 и 6 размыкаются, запускается одновибратор 7, который вырабатывает импульс выборки, открывающий ключ 5. При этом входной аналоговый сигнал через сумматор 1 и ключ 5 поступает на вход интегратора на ОУ 3, Если коэффициент усиления инвертирующего сумматора 1 равен единице, то за время длительности импульса выборки At на выходе ОУ 3 в результате интегрирования входного сигнала устанавливается напряжение

U

БЫХ

UBx(0)4

At

Ti

Л

-S

гдз UBX (0) - среднее значение входного напряжения за время интегрирования;

Ti - постоянная времени интегратора, равная произведению емкости конденсатора 8 на сопротивление резистора 9;

д - аддитивная погрешность.

Как видно из приведенной формулы, выходное напряжения предлагаемого устройства так же, как и в прототипе, пропор- ционально входному напряжению с

коэффициентом пропорциональности Кт At/Ti , причем данный коэффициент К трудно поддерживать постоянным азиду нестабильности емкости конденсатора 8, сопротивления замкнутого ключа 5 и

длительности импульса выборки At на выходе одновибратора 7. Кроме того, аддитивная погрешность д в прототипе может быть весьма существенной как из-за напряжения смещения нуля ОУ 3, так и из-за коммутационной погрешности в результате прохождения на конденсатор 8 паразитного заряда при включении ключей 4 и 5. Введение в предлагаемое устройство элементов 1, 2, 6, 10-15 позволяет скомпенсировать эти погрешности за счет сужения полосы рабочих частот входного аналогового сигнала. Предлагаемое устройство предназначено для работы с гармоническим входным сигналом с частотой fc порядка 1 МГц. При этом поскольку входной сигнал устройства не со- держиг постоянной составляющей, то в случае отсутствия корреляции между входным узкополосным сигналом и частотой импульсов управления в выходном напряжении

устройства также должна отсутствовать постоянная составляющая. Аддитивная погрешность д, вызванная напряжением смещения нуля у ОУ 3, коммутационной погрешностью ключей, а также смещением нуля у ОУ в составе сумматора 1, в предлагаемом устройстве подавляется за счет введения цепи отрицательной обратной связи с выхода устройства через интегратор 2 на вход сумматора 1, причем постоянная

времени интегратора 2 Т2 должна выбираться примерно на 2 порядка больше Ti, т.е. интегратор 2 работает в области сравнительно низких частот и может быть построен на прецизионном ОУ, напряжение смещения нуля которого и будет определять адди- тивную погрешность предлагаемого устройства. Частота входного сигнала fc должна быть в диапазоне 1/Т 2л:тс 1/Та. Что же касается стабилизации коэффициента передачи Кт устройства, то она достигается за счет введения в устройство генератора 12 низкой частоты, выпрямителей 10 и 11, фильтра 14 и параллельного сумматора 15. Сигнал с выхода генератора 12с частотой ип 0,01 подается на неинвертирующий вход ОУ 3. Коэффициент передачи интегратора со сбросом на ОУЗ по неинвертирующему входу Кт+ равен:

Кт + 1 + - - 1 + Кт.

Коэффициент усиления инвертирующего сумматора 1 по каждому из его входов установлен равным 1. Модуль коэффициента усиления интегратора 2 Кпз на частоте тестового сигнала (т определяется отношением частот aЈ/ft/r, где ад 1 /Т2. т.е. Кп2 100. При этом, если амплитуда низкочастотного тестового сигнала на выходе ге- 12 равна UT на выходе устройства в результате действия отрицательной обратной связи тестовый сигнал будет определиться следующим выражением:

. i - . i 1 + Кт

J-Гвых - UT

Таким образом, при и Кпа 100 можно получить уровень подавления тестового сигнала на выходе устройства порядка 60 дБ по отношению х амплитуде информационного сигнала Ut, если выбрать UT 0,1. В то же время на выходе сумматора 1 напряжение тестового сигнала пои больших значениях Кпа будет равно

UzЈUT(1 ).

Тем самым, если установить коэффициент передачи параллельного сумматора 15 по неинвертьрующему входу в два раза бопьше, чем по первому инвертирующему входу для сигнала с выхода сумматора 1 , то в результате действия сигнала отрицательной оЬратной связи с выхода сумматора 15 длительность импульса выборки Д i будет стремиться к такой величине, при которой (1+1/Кт)2, т .е. . При этом источник 13 опорного напряжения должен задавать лишь начальное значение напряжения на управляющем входе одновибратора 7, при котором достигается требуемая длительность импульса выборки Д t, уменьшая тем самым ошибку статизма в системе автоматического регулирования значения Кт.

Таким образом, коэффициент передэчи предлагаемого аналогового запоминающего устройства на рабочей частоте Кт может быть стабилизирован с точностью до 0,1%, поскольку он определяется, в основном, точностью коэффициентов передачи у элементов 10, 11, 14 и 15 в цепи автоматического регулирования значения на низкой частоте, соответствующей тестовому сигналу.

15

Формула изобретения

Аналоговое запоминающее устройство для узкополосного сигнала, содержащее накопительный элемент на конденсаторе и согласующий элемент на резисторе, один вывод которого соединен с выходом первого ключа, другой вывод - с инвертирующим входом операционного усилителя, входом второго ключа и одной обкдадкой конденсатора,другая обкладка которого соединена с выходом второго ключа, выходом операционного усилителя и является выходом устройства, управляющий вход первого ключа соединен с выходом одновибратора, вход

которого и вход второго ключа объединены и являются входом управпения режимом работы устройства, отличающееся тем, что, с ЦРЛЫО повышения точность устройства, в него введены инвертирующий и паралл.ельный сумматоры, интегратор, генератор низкой частоты, первый и второй выпрямители, третий кпюч, полосовой фильтр и источник опорного напряжения, выход которого подключен к первому вычитающему входу параллельного сумматора, суммирующий и второй выч.пзющий входы которого соединены с выходами соответственно первого и второго выпрямителей, а выход - с входом управления дпительностыо одновибратора, выход операционного усилителя подключен к входу интегратора, выход которого соединен с первым входом инвертирующего сумматора, второй вход которого является информационным входом устройства, а выход подключен к входу первого ключа и входу полосового фильтра, выход которого соединен с входом второго выпрямителя выход генератора низкой частоты подключен к неиноертирующему входу операционного усилителя и входу первого выпрямителя, вход третьего ключа соединен с выходом первого ключа, выход - с шиной нулевого потенциала устройства, управляющий вход - с управляющим входам второго ключа.