Аналоговое запоминающее устройство Советский патент 1980 года по МПК G11C27/00 

(54) АНАЛОГОВОЕ ЗАПОМИНАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО

..1 .. . Изобретение относится к области вычислительной техники и прецназначбно для выборки и хранения мгновенных значений напряжений, в частности, может быть использовано в аналого-цифровых преобра-тзсвателях. Известно аналоговое запоминающее уст ройство, охваченное отрицательными обраР ными связями. Устройство обладает высокими метрологическими характеристиками и при этом охвачено двумя контурами, обратной связи,LI. Наиболее близким, по техгшческой сущности к предложенному является устройство, которое содержит основной усилитель и дополнительный, охваченный отрицательной обратной связью по одному из входов и подключенный этим входом к выходу основнотх) усилителя и через первый ключ к другому входу, конденсатор, вклю ченный между шиной нулевого потенциала и т(ч- кой соединения другого входа дополнительного усилителя и одного из входов основного, соединенного через второй и третий ключи соответственно с источником сит налов и выходом дополнительного усилите ля. ,С замкнутым первым и вторым клю- . чом и разомкнутым третьим устройство охвачено первым контуром отрицательной обратной связи и находится в режиме выборки. Напряжение на конденсаторе и выходе дополнительного операционного усилителя меняется синфазно с напряжегшем входного сигнала и мало отличается от него пп величине. С замкнутым третьим ключом и разомкнутыми остальными устройство охвачено вторым контуром отрицательной обратной связи и находится в режиме хранения. Напряжение с выхода дополнительного усилителя подается ira, вход основного усилителя. Так как характеристики основного усилителя не изменяются от режима вг.гборки к режиму хранений, это Н5 пряжение устанавливается в режиме хранения равным с высокой точностью напряжению сигнала при пере ходе устройства иа режима выборки в pesжим хранения {2.. Однако хотя 5стройства, построенны- по Известным схемам, облааают высокой точностью, и в лучитх образтшх погрешность хранения доведена до 0,01%, в настотдее время требуются аналогов ле запоминающие устройства («тройства для выборки и хранения) с погрешностью по 0,001%. Обеспечение, наряду с такой точностью, высокого быстродействия устройств становится задачей чрезвычайно сложной. Применеиие для обеспечения высокого быстродействия широкополосных усилителей приводит к снижению точности устройств, так как такие усилители имеют малый ког ффн1гаент передачи. Увеличение 5соэффя1гаента перед;ачи усилителей приводит к уменьшению полосы частот усилителей и, следовательно, уменьшению быстродействия устройств. Иель изобретения - поВ;Ь1щение точноети устройства за счет уменьшения дрейфа напряжения .усидителей, возможности подавления смещения их нулей, а также уменьшения статических ошибок. Это достигается тем, ЧТО В аналоговое запоминающее устройство,содержащее первы -усилитель, oami из входов которого через первый ключ соединен со входом устройства, первый накопительный элемент, нап ример, конденсатор, одна обкладка которого соединена с шиной нулевого потен- циала, а другая обкладка - с другим входом nepBiOro усилителя и одним из второго усилителя, охваченного по другому входу обратной связью, выход первого усилителя через второй ключ со- единен с однимйэ входов второго усилители, выход которого черрз третий ключ сЪёцинен с одним входом первого усилителя, выход первого усилителя через пер вый пассивный элемент соединен с други вхбДОм второго усилителя, введены третий усилитель, охваченный по одному из входов обратной связью, второй накопительный элемент, например, конденсатор, второй пассивный элемент и три ключа, причем выход второго усилителя через чет вертый ключ соединен с одной обкладкой второго конденсатора, другая обкладка которого подключена к шине нулевого по тёнцйала, ёыход третьего усилителя соёдйнен с выходом устройства и через пятыйклК)ч с оШим из входов первого уёипителя, один из входов третьего усил теля еоёдинен через последовательно вклю ченные второй и шест ключ с BtixoHoM второго усилителя, друг 7 2 ход третьего усилителя соединен с одной ; обкладок второго конденсатора. i На чертеже представлена функциональая схема устройства. Устройство содержит усилители 1-3, ЛЮЧИ 4-9, пассивные элементы 10 и 11, акопительные элементы, например, коненсаторы 12 и 13, элементы обратной вязи 14 и 15 усилителей 2 и 3. Работа устройства складывается из этапов. На первом этапе в режиме выбо.рки клуут 4, 5 и 7 - замкнуты, 6, 8 и 9 азомкнуты) напряжение на конденсаторе 3 равно S( (Я Uau- напряжение входного сигнала (напряжение, присутствующее на входе 16 усилителя 1); К/- коэффициент передачи усилителя 1, Oj - обобщенное напряжение смещения усилителя 1 (включает в себя напряжение смещения нуля, дрейф :смеще шя, напряжение синфазной ошибки). На втором этапе (ключи 7 и 9 - замнуты, 4 6 и 8 - разомкнуты) напряжение, присутствующее на конденсаторе 13, запоминается и становится входным. Оно уравновешивается напряжением, поступаюпдам с выхода 17 усилителя 3 на вход 16 усилителя 1. Напряжение, устанавливаемое при этом на конденсаторе 12, со ставит величину где К л - коэффициент передачи усилителя 2; отношение сопротивлений элементов 10 и 14 ( / К - коэффициент передачи усилителя 3; ft,, - отношение сопротивлений элементов 11 и 15 (- , 2-01 - обобщенное V K-tS .у напряжение смещения усилителя 2, обобщенное напряжение смещения усилитаЧя 3. На третьем этапе (ключи 5 и 9 - замкнуты, 4 и 6 8 - разомкнуты) напряжение, присутствующее на конденсаторе 12, становится вяош1ым, этом напряжение на конденсаторе 13 установится «V-(bc-ec,)lt; w На четвертом этапе (ключи 6 и 8 замкнуты, 4, 5, 7 и 9 -разомкнуты). Б режиме хранения источниками напряжений являютЧзя напряжения, присутствуюшие на койценсаторах 12 и 13. Напряжение на выходе устройства, напряжение хранения определяется из выражения

-к.

iK-чЬ)

и

l+lb -HijK.

БЫХ - --Ги-е V . чЧЧ/ К„{р) -К , Р2 L ,е .p,K, . при 1 и при К «э, Kj выражения (2), (3), (4) примут виц Ч ( /°ГЧ) БЬ,) (v° Подстановка выражений (1), (5), (6 и (7) в (4) дает ,Ч-2) вык- Jвl L Cl-v-K;)2 ) J .. . 0 , 71

15

(О

оя

V ажетгие (8) позволяет прослеггать ру ошибок напряжения - хранения L ) ) снк;у к. А е„ е Ч1:ыГй СЧ01 СН-ук -) Ч--1. (о -о -Х11Л11±1-мЛ f О J c-i-vk.y 1) .Из выражений (lO), (11) и (12) видно, что ошибки от обобщенного напряжения смещения .усилителей не превышают величины , т.е. оказываются не больше аналогичных в известном устройстве. Ошибка статизма (ошибка, связанная с коэффициентом передачиусилитолн) уменьшается в соответствии с выражением (9) по сравнению с известным устройством в К раз. Введение новых узлов и элементов - вспомогательного усилителя 3, вспомогательного конденсатора 12, кл1очей 7-9 выгодно отличает предложенное устройство от известного. Возможность подавлять смешения нулей, щэейф напряжения, синфазные ошибки усилителей, а . также возможность уменьшения оитбки статизма позволяют, :1спользуя те71И с малым коэффициентом передачи, строить прецинные устройства для выборки и хранения. Например, при К --20 погрешность устройства в соответствии с выражением (9) будет равняться 0,001. Лля сравнения, при применении усилителя с К 20 Р известном устройстве погрешность устройства будет . Уси;№трль с коэффициентом передачи К 20 легко реализуется на оДнол усилепик, тог- . да как для обеспечекчя погрешности в 0,001% в известном устройстве требуется усилитель с К-( 100000, т.е. не менее трех каасадов усиления. Возможность использовать усилители с маль;м коэ(}1П11От;том перодачи позволяет добиться в. 1фо:шзиоин,1Х устройствах высокого бьтстродоистпкя. Зпмена трехкаскадпого усилителя на опнг)771каскадный дает расширение пблосы частот в устройстве не менее, чем в три раза. Построение аналогового запоминающего устройства (устройства для выборки и хранения) по известной схеме и с таким же быстроцействием, кроме аппаратурных затрат требует применения более высокок чественных элементов. Это дорого и в ряце случаев (при предельном быстродействии) нереализуемо. Формула изобретения Аналоговое запоминающее устройство содержатцее первый усилитель, один из входов которого через первый ключ соеди нен со входом устройства, первый накопительный элемент, например, конденсатор, одна обкл(ащса которого соединена с шино нулевого потенциала, а другая обкладка о .другим входом яервого усилителя и из входов второго усилителя, охвачен ного по другому входу обратной связью, выход первого усилителя через второй ключ соединен с одним из входов второго усилителя, выход которого.через третий ключ соединен с одним входомпервого убйлйТШй, выход первого усилителя через первый пассивный элем§11тсо еотн с црзггим входом второго усилителя, о т28 личающееся тем, что, с целью повышения точности устройства за счет уменьщения дрейфа напряжения усилителей, возможности подавления смещения их нулей, а также уменьше шя статических ошибок, в него введены третий уси 1итель, охваченный по одному из входов обратной связью, второй накопительный элемент, например, конденсатор, второй пассивный элемент и три ключа, причем выход второго усилителя через четвертый ключ соединен с одной обкладкой второго конденсатора, другая обкладка которого подключена к ишне нулевого потенциала, выход третьего усилителя соединен с выходом устройства и через пятый ключ - с одним из входов первого усилителя, один из входов третьего усилителя соединен через последовательно включенные второй пассивный элемент и шестой ютюч с выходом второго усилителя, другой вход третьего усилителя соединен с одной из обкладок второго конденсатора. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Патент США № 3469112, кл. 307-238, опублик. 1969. 2.Авторское свидетельство СССР N0,482815, кл. Q 11 С 27/00, 1973 (прототип).