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

Иаоб эетение относится к измерительной технике и может быть использовано в амплитудных вольтметрах, а также в преобразователях амплитуды колебаний в интервалах времени, в том числе логарифмических. Известно аналоговое запоминающее устройство, содержащее операционный усилитель, неинвертирующий вход которого подключен ко входу устройства, накопительный элемент, например конденсатор, одна обкладка которого соединена со входом истокового повторителя и через нелинейный элемент с выходом операционного усилителя, другая обкладка конденсатора подключена к шине нулевого потенциала, а выход истокового повто рителя подключен к инвертирующему входу операционного усилителя Щ Недостатком этого устройства является наличие погрешности постоянной составляющей во входном сигнале и от дрей фа нуля операционного усилителя, так как значение выходного напряжения устройства равно сумме аг« ш1итуды переменной составляющей входного сигнала, постоянной составляющей во входном сигнале и напряжения смещения нуля операционного усилителя. Наиболее близким из известных по технической сущности является аналоговое запоминающее устройство, содержащее операционный усилитель, двойной пиковый детектор, два повторителя напряжения и ключ, позволяющее устранить ПОРрешность от Наличия постоянной составляющей во входном сигнале к от дрейфа нуля операционного усилителя .путем запоминания размаха колебаний 2J. Однако устройство работоспособно, . если амплитуда запоминаемых колебаний не превышает половины максимального выходного напряжения операционного усилителя, что приводит к уменьшению точности запоминания. Это устройство, как к, предьщущее об- , ладает также недостатком, заключающимся в том что его выходное напряжение снимается с выхода повторителя, а не о накопительного элемента. Напряжение на накопительном элементе при этом будет равно сумме амплитуды (размаха) колебаний входног о сигн1ала с некоторой квазипостойнной составляющей, равной напряжению между входом и выходом повто рител я. Это не позволяет использовать такие устройства, напгример, при логарифмическом преобразовании запомненного Значения сигнала в интервале времени. Кроме того, устройство обладает сравнительно низким входным сопротивлением, так как в нем петля отрицательной обратной связи образуется резистивным делителем, сопротивление которого для получения удовлетворительной точности должно быть выбрано во много раз меньшим, чем входное сопротивление операционного усилителя. Это не позволяет подключать его к цепям, имеющим выход ное сопротивление (например, к пьезоэле трическим преобразователям и. т.п.). Цель изобретения - повышение точности и расширение области применения аналогового запоминающего устройства. Поставленная цель достигается тем, что в. аналоговое запоминающее устройство, содержащее операционный усилитель, неинвертирующий вход которого соединен со входом устройства, последо вательно включенные ограничительные нелинейные элементы и накопительные элементы, шины управления и сброса, и шину нулевого потенциала, в него введены формирователь, ключи и элемент Й-НЕ, И-ИЛИ, И и НЕ, вход которого подсоединен к шине управления, одному из входов первого ключа, одним из входов первого и второго элементов И, эле мента И-НЕ и первым входом элемента И-НЕ, другие входы элементов И и соединены со вторым входом элемента И-ИЛИ и одним из выходов формировате ля, другой выход которого соединен с другим входом второго элемента И, вход формирователя подключен к неинвертирую щему входу операционного усилителя, ин вертирующий вход которого соединен с другим входом первого ключа- и выходом второго ключа, один из входов второго ключа соединен с выходом элемента НЕ другой вход второго ключа соединен с ва еодом операционного усилителя и одни из входов третьего и четвертого ключей другие входы которых подключены соответственно к выходам элементов И, вы ходы третьего и четвертого ключей сое динены со входами ограничительных нелинейных элементов соответственно, выход первого ключа соединен со входами накопительных элементов и одним из входов пятого ключа, другой вход которого соединен с шиной сброса и третьим входом элемента И-ИЛИ, выход элемента И-ИЛИ подсоединен к одному из входов . шестого кпюча, другой вход которого соединен с выходом устройства и выходом первого накопительного элемента, выход шестого ключа соединен с шиной нулевого потенциала, выходом пятого ключа и выходом седьмого ключа, один из входов которого соединен с выходом второго накопительного элемента, другой вход седьмого ключа соединен с выходом элемента И-НЕ. На чертеже представлена функциональная схема предложенного устройства. Оно содержит операционный усилитель 1, накопительные элементы 2, 3, ограничительные нелинейные элементы 4, 5, ключи 6-12, формирователь 13, элемент ; 14, 15 И, элемент 16 НЕ, элемент 17 И-ИЛИ, шина 18 управления, шина 19 сброса, элемент 20 И-НЕ, йлина 21 нулевого потенциала. Устройство работает следующим образом..- . Устанавливают его в исходное состояние для чего при отсутствии импульса управления на шине 1в открываются ключи 14 и 15. С поступлением по шине 19 импульса установки устройства в исходное состояние открываются ключи 10 и 11. Накопительные элементы 2 к 3 при этом соединяются через ключи 12, . 10 и 11 с шиной нулевого потенциала 21, С помощью ключа 7 выход операционного усилителя I соединяется с его инвертирующим входом. При этом операционный усилитель 1 переводится в режим повторителя, исключает возможность его насыщения при размыкании клк)чей 8, 9 и 6. Функционирование устройства начинается при поступлении на его вход 22 запоминаемого сигнала, а на шину управления 18 - импульса управления, длительность которого равна одному периоду следования запоминаемого сигнала. При поступлении положительных полупериодов запоминаемого сигнала не входе 22 устройства будет появляться сигнал на неинверсном выходе формирователя 13, а при поступлении отрицательных полупериодов - на инверсном выходе этого формирователя. С поступлением импульса упра ления на шину 18 закрывается ключ 7, разрывая цепь отрицательной обратной связи операционного усилителя 1 и открывается ключ 6, подключая, выходы элементов 4 и 6 к инвертирующему входу операционного усилителя 1, Если передний фронт импульса управления совпадает с началом положительного полупе- риода запоминаемого сигнала, элементом 14 И выделяется импульс, совпадающий по времени с положительным полупериоаом запоминаемого сигнала, котов тот же момент рый открывает ключ ключ 7 и когаа закрывается времени, открывается ключ б. При этом замыкает ся цепь обратной связи операционного усилителя 1 через ключ 8, нелинейный элемент 4 и йлюч 6. Так как нелинейны элемент (диод) 4 подключен анодом к выходу операционного усилителя 1, а д ключ 12 замкнут, при возрастании положительного напряжения запоминаемого сигнала на входе-устройства, на накопи. тельном элементе 2 напряжение также будет расти в соответствии с изменением напряжения запоминаемого сигнала. Так как коэффициент отрицательной обратной связи цепи - операционный усилитель 1, нелинейный элемент 4 практически при этом равен единице, то коэффициент уси.ления этой цепи близок к единице. Поэто му напряжение на элементе 2 будет повт рять напряжение запоминаемого сигнала до тех пор, пока напряжение на инвертирующем входе операционного усилителя 1 не начнет уменьшаться. При этом уменьшается напряжение и на выходе операционного усилителя 1. Нелинейный элемент (диод) 2 при этом оказывается включенным в обратном направлении и закрывает ся, разрывная .цепь отрицательной обрат- ной связи. Напряжение на выходе операционного усилителя будет изменяться по закону. . быу )(l) где к - коэффициент усиления операционного усилителя без отрицательной обратной связи ( ); и - текущее значение напряжения на выходе устройства; у - напряжение на элементе 2, равное максимальному значе нию входного напряжения - Ug . Так как выход операционного усилителя 1 отключается от элемента 2, нап406ряжение на нем остается квазипостоянным. С уменьшением входного напряжения выходное напряжение операционного усилителя 1 также будет уменьшаться и вскоре достигнет уровня насыщения. Элементом 2 будет запомнено максимальное значение амплитуды положительного полупериода напряжения входного сигнала. и. В)то1). - значение амплитуды положительного полупериода запоминаемого (переменного) сигнала; - постоянная составляющая во входном сигнале, включающая в себя и напряжение смещения нуля операционного усилителя 1. С началом отрицательного полупериода запоминаемого сигнала ключ 8 закрывается, а импульсы с инверсного выхода формирователя 13, поступающим через элементы 15 И, 17 И-ИЛИ и 2О И-НЕ открываются соответствующие ключи 9 и 11 и , закрывается ключ 18. Так как при этом нелинейный элемент 5 оказывается подключенным к выходу операционного усилителя 1 катодом, элемент 3 запоминает амплитудное значение отрицательного полупериода входного сигнала аналогично вышеописанному ,клпл пост (3) где и ™., ж - значение амплитуды отри- цательного полупериода запоминаемого (-переменного) сигнала. После окончания импульса управления ключи .9 и 11 закрываются, а выходным сиГ1налом элемента 20 И-НЕ открывается ключ 12. Элементы 2 и 3 оказываются включенными последовательно между шиной нулевого потенциала 21 и выходом устройства. Так как напряжения накопительных элементов 2 и 3 при этом вычитаются, выходное напряжение уЬтройства будет равно размаху запоминаемого (переменного) сигнала. и -и -и СХКАПЛ (ЯМПА. выи С2 сз Постоянная составляющая во входном сигнале и напряжение смещения нуля операционного усилителя при этом исключается из запоминаемого значения напряжения. Сигналом с выхода 16 НЕ внсшь ткрывается ключ 7, замыкая отрицательную обратную связь операционного усилителя 1 и выводя его в режим повторитеяя. . Наличие в схеме аналогового аапомина iomeiroi .устройства формирователя, логических элементов И, И-НЕ, И-ИЛИ, НЕ и авалоговык ключей, а также их соединение; повысить точность запоминания в два раза по сравйению с известным устройством, так как предлагаемое устpoflctiso может опбрй ровать с входным сигналом амплитудой, в два раза превышающей максимально возможную амплитуду входного сигнала известного устройства. При использовании .в предлагаемом устройстве операционного усилителя с полевыми транзисторами на выходе, входное сопротивление может быть 150 мОм и более, в то же время в устройстве, соб аШом пе схейё прототипа и при точности запоминания 1%, 6н6 нё превышает единиц мОм. Формула изоб р е т е н и я Аналоговое запоминающее устройство, содержащее операционный усилитель, не- инвертирующий вход которого соединен со входом устройства, последовательно i включенные ограничительные нелинейные ШШШнт ы и нйсот1ШШ11 :Шь1еШёШяты, шины управления и сброса и шину нулевого потенциала, отличающееся ем, что (5 цельк) пбвышения f очнбсти и расширения области применения устройства, в него введены формироёйТёль,- ключи и элементы И-НЕ, И-ИЛИ, И и НЕ, вход которого подсоединен к шине управления, - ЩйО;йУ из входов пёрвого ключа, одним из входов первого и второго элементов И, элемента И-НЕ и ;первым входом элемента И-ИЛИ, другие входы элементов 7 0 и и И-НЕ соединены со вторым входом элемента И-ИЛИ и одним из выходов формирователя, другой выход которого соединен с другим входом второго элемента И, вход формирователя подключен к неинвертирующему входу операционного усилителя, инвертирующий вход которого соединен е другим входом первого ключа и выходом второго ключа, один из входов второго ключа соединен с выходом элемента НЕ, другой вход второго ключа соединен с выходом операционного усилителя и одними из входов третьего и четвертого ключей, другие Ёхбды которых подключены соответственно к элементов И, выходы третьего и четвертого ключей соединены со входами ограничительных нелинейных элементов соответственно, выход первого ключа соединен со входами накопительных элементов и одним их вхо- дов пятого ключа, другой вход которого соединен с шиной сброса и третьим входом элемента И-ИЛИ, выход элемента И-ИЛИ подсоединен к одному из входов шестого ключа, другой вход которого соединен с выходом устройства и выходом первого накопительного элемента, выход шестого ключа соединен с шиной нулевого потенциала, выходом пятого ключа и выходом седьмого ключа, один из входов которого соединен с выходом второго накопительного элемента, другой вход седьмого ключа соединен с выходов элемента И-НЕ. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе Х. Типовые функциональные элементы автоматики на интегральных усилителях. Приборы и системы управления . 1973, № 7. . 2. Волгин Л. И. Измерительные преобразователи переменного напряжения и постоянное. М., Советское радио , 1977, с. 191 (прототип).

&К.