Аналоговое запоминающее устройство Советский патент 1981 года по МПК H03K17/60 

I

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в устройствах преобразования формы информации

Известны аналоговые запоминающие устроства, содержаидае коммутируемый дифференциальный каскад, токовые переключатели,. генераторы тока, элемент хранения (конденсатор), блок автоподстройки выходного уровня, истоковый повторитель, диод 1.

Однако эти устройства обладают недостаточной точностью и малым временем хранения.

Известно устройство, содержащее источник измеряемого тока, дифференциальную пару, отражатель тока, токовые ключи, генераторы тока, блок управления, накопительный конденсатор, полевой транзистор, интегрирующее звено, усилитель 2.

Известное устройство имеет недостаточную точность.

Цель изобретения - увеличение точности.

Поставленная цель достигается тем, что в аналоговом запоминающем устройстве, содержащем источник измеряемого напряжения,

подключенный к базе первого транзистора первой дифференциальной пары, коллектор которого подключен ко входу отражателя тока, эмиттеры первой дифференциальной пары через первый токовый ключ соединены с первым генератором тока, управляющие входы токовых ключей соеданены с выходами блока управления, коллектор второго транзистора первой дифференциальной пары через диод соединен с накопительньпУ1 конденсатором и затвором полевого транзистора, исток которого подключен к базе второго транзистора первой дифференциальной пары, ко второму генератору тока и выходу устройства, выход устройства через; интегрирующее звено и усилитель подключен к управляющему входу первого генератора тока, коллекторы первых транзисторов первой и второй дифференциальной пары объединены, введена вторая дифференциальная пара, база первого транзистора которой соединена с земляной шиной, база второго транзистора которой подключена к выходу устройства, эмиттеры второй дифференциальной пары через второй токовый ключ подключены к первому генератору тока, коллекторы вторых транзисторов первой и второй дифференциальных пар соответственно через третий и четвертый токовые ключи соединены с выходом отражателя тока, причем коллектор второго транзистора второй дифференциальной пары подключен к накопительному конденсатору. На чертеже представлено предлагаемое аналоговое запоминающее устройство, схема. Устройство содержит источник 1 измеряемого напряжения, дифференциальные пары 2 и 3, содержащие соответственно транзисторы 4-7, токовые ключи 8-И, отражатель 12 тока, генераторы 13 и 14 тока, диод 15, нак пительный конденсатор 16, блок 17 управления, полевой транзистор 18, интегрирующее звено 19, усилитель 20. Устройство работает следующим образом. В исходном состоянии с. блока 17 управле ния поступают потенциалы на токовые ключи 8-11, так что ключи9, 11 замыкаются и по цепи, от отражателя 12 тока через дифферен альную пару 3, токовые ключи 11, 9 к генератору 13 тока потечет ток, т.е. образуется дифференциальный каскад усиления. Отрицательная обратная связь образуется подачей напряжения с положительного выхода дифференциальной пары 3, т.е. с коллектора транзистора 6 через истоковый повторитель на по левом транзисторе 18 на инвертирующий вход (базу транзистора 7)j Н инвертирующий вход дифференциальной пары 3 (база транзистора 6) соединен с земляной шиной. Начальное смещение на коллекторе транзистора 7 определяет генератор 14, который задает ток чере полевой транзистор 8, а следовательно, и на пряжение затвор-исток. Выходное напряжение устройства через инт грирующее звено 19 подается на устройство сравнения - усилитель 20, который, сравнивая напряжение выхода с нулевьш потенциалом, управляет током генератора 13 и умень шает выходное смещение, т.е. образуется отрицательная обратная связь по медленньп изменениям вьнсодного напряжения. На накопительном конденсаторе 16 будет фиксированный потенциал, выше потенщ1ала земли на напряжение исток-затвор полевого транзистоpa 18. При переходе устройства в режим измерений с блока управления поступают потенциалы, которые разомкнут ключи 9, 11 и зам кнут ключи 8, 10. Дифференщ1альная пара 3 будет отключена, а вместо нее к ртражаг телю 12 тока и генератору 13 подключается дифференциальная пара 2, неинвертирующий вход которой (база транзистора 4) подключен к источнику измеряемого напряжения, а шшертирующий вход (база транзистора 5)-к выходу устройства. В цепь отрицательной обратной связи, т.е. между коллектором транзистора 5 и накопительным конденсатором 16 включается диод 15, образуется дифференциальный каскад усиления, как и в игредыдущем случае, но с включенным в отрицатель ную обратную связь диодом. С источника 1 измеряемого напряжения на дифференциальную пару 3 поступает положительный импульс, который усиливается по току и заряжает через диод 15 накопительный конденсатор 16 до максимального своего амплитудного значения. Отрицательный фронт входного импульса закрывает транзистор 4, так как напряжение на базе транзистора 5 выше в момент перехода входного напряжения через максимальное значение за счет задержки скорости нарастания выходного напряжения на накопи- тельном конденсаторе 16, следовательно, потенциал коллектора транзистора 5 становится ниже потенциала конденсатора 16 и диод 15 закрывается. На накопительном конденсаторе 16 остается значение напряжения, соответствующее максимальному значению входного импульса, плюс напряжение затвор-исток полевого транзистора 18, а на выходе устройства соответственно равное ему. Постоянная времени интегрирующего звена 19 намного больше, нем время хранения на накопительном конденсаторе 16, следовательно, цепь подстройки нулевого уровня выхода не успевает уменьшить выходное напряжение и приведенное смещение остается таким же, как при включенной дифференциальной паре 3. Через время, которое достаточно для дальнейшего измерения максимального значения входного импульса и которое намного меньше постоянной времени интегрирующего звена 19 с блока 17 управления поступают потенциалы, отключающие токовые ключи 8, 10, включающие ключи 9, И. Начинается разряд накопительного конденсатора дифференциальной парой 3 до напряжения, соответствующего напряжению 16 исток-затвор полевого транзистора 18, т.е. выходное напряжение устройства будет равно входному напряжению дифферехщиальной пары 3, следовательно, нулю. Далее начинается медленный процесс автоподстройки нуля выходного напряжения усилителем 20, т.е. устройство возвращается в исходное состояние. За счет применения в устройстве дифференциального усилителя, вьтолняющего роль ключа разряда конденсатора, дрейф по температуре его уменьшается, как известно, до 10 мкБ/°С, т.е. определяется дрейфом дифференциальной пары транзисторов. Максимальный дрейф его в диапазоне температур 100 С сос тавит 1 мВ что существенно расширит дина ческий диапазон и точность устройства для минимальных измеряемых сигналов. В устрой ствах измерение максимального значения сигнала с неопределенным временем поступления сигнала необходимо определить начало сигнала .и задержать сам сигнал в линии задержки на время, достаточное для отключения разрядной цепи накопительного конденсатора и подклюодния входа устройства к выходу линии задержки. Насыщенные ключи, как известно, имеют большое время восстановления, следовательно необходима линия задержки на 0,5-1 мкс, с ишрокой полосой пропускания, что усложняет предлагаемое устройства Применение переключаемых дифференциальных каскадов, работающих в линейном режиме усиления, уменьшает время переключения на порядок, уменьшается необходимое время задержки. В режиме хранения за счет сохранения свя зей активных злементов с накопительным конденсатором, и компенсацией токов утечки путем встречного включения транзисторов с близкими параметрами и противоположными структурами (ключ 11 и транзистор 7) увеличена точность хранения в несколько раз. Применение автоподстройки нулевого выходного уровня после гашения емкости хранения уменьшает температурные погрешности как в режиме хранения, так и в режиме зациси максимального значения, так как переключаемые дифференциальные пары имеют приблизительно одинаковые статические и тем- пературные параметры. Формула изобретения Аналоговое запоминающее устройство, соде жащее источник измеряемого напряжения. подключенный к базе первого транзистора первой дифференциальной пары, коллектор которого подключен ко входу отражателя тока, змиттеры первой дифференциальной пары через первый токовый ключ соединены с первым, генератором тока, управляющие входы токовых ключей соединены с выходами блока управления, коллектор второго транзистора первой дифференциальной пары через диод соединен с накопительным конденсатором и . затвором полевого транзистора, исток которрго подключен к базе второго транзистора первой дифференциальной пары, ко второму генератору тока и выходу устройства, а выход устройства через интегрирующее звено и усилитель подключен к управляющему входу первого генератора тока, котщекторы первых транзисторов первой и второй дифференциальной пары объединены, отличающееся тем, что, с целью увеличения точности, введена вторая дафференциальная пара, база первого транзистора которой соединена с земляной шиной, база второго транзистора которой подключена к выходу устройства, а змиттеры второй дафферейциальной пары через второй токовый ключ подключены к первому генератору тока, коллекторы вторых транзисторов первой и второй дифференциальных пар соответственно через третий и четвертый токовые ключи соединень с выходом отражателя тока, причем коллектор второго транзистора второй дафференциальной пары подключен к накопительному конденсатору. Источники информации, принятые во вннмание при экспертизе 1.Маграчев 3. П. Аналоговые измерительные преобразователи одиночных сигналов, М., Энергия, 1974, с. 88. 2.Авторское свидетельств СССР по заявке № 2387234/18.21,кл.Н 03 К 17/60,19.07.76.