Аналоговое запоминающее устройство Советский патент 1981 года по МПК G11C27/00 

Изобретение относится к аналоговой технике и может быть использовано в системах управления движущихся объектов и вычислительной технике дл неограниченного во времени хранения мгновенного значения напряжения непрерывного аналогового -сигнала. Известно устройство для зйпоминания мгновенного значения непрерывного сигнала, запоминаняций элемент которого выпблнен в виде генератора пе риодических колебаний на транзисторе охваченного по переменному току цепь отрицательной обратной связи через последовательно соединенные резистор и диод, выход генератора через транс форматор соединен со входом усилителя, а вход по переменному току зашун тирован диодом и через двухпозиционный переключатель связан с источнико отрицательного входного напряжения, а через цепь положительной обратной связи, состоящей из целочки последовательно соединенных резистора, диода и интегрирующего RС-звена - с выходом усилителя L- J Недрстатком устройства является «о, то оно не может хранить мгновен ное значение напряжения непрерывного аналогового сигнала неограниченное время из-за отсутствия в устройстве базового элемента памяти мгновенного значения напряжения, параметры которого после переключения схемы в режим . хранения- не зависели бы от процессов, происходящих в схеме, и были неизменными во времени. В режиме хранения отрицательное мгновенное значение исходного напряжения на конденсаторе RC-звена, в промежутках между импульсами отрицательной полярности, поступающими с выхода генератора через усилитель, уменьшается по абсолютной величине из-за наличия у любого типа конденсатора конечного значения сопротивления утечки. .. В результате уменьшения исходного заряда на конденсаторе понижается динамическое сопротивление диода на ходе генератора и, как следствие уменьшается амплитуда генерируемых периодических колебаний. - Из-за отсутствия в схеме базового элемента памяти, параметры которого удовлетворяли бы перечисленным требованиям, схема не может скомпенсировать это изменение, а поэтому процесс уменьшения исходного заряда на конденсаторе продолжается конечное время до тех пор, пока на нем не установится нулевое напряжение. Наиболее близким к предлагаемому по технической.сущности является устройство для долговременного запоминания мгновенных значений аналоговых сигналов, которое пред;ставляет собой (лногоканальное аналоговое запоминающее устройство, относящееся к классу долговременных дискретных конденсатор ных запоминающих устройств многократного действия с узлом.переработки аналоговой информации в код и узлом обратного преобразования кода в аналоговую величину. Элементарная ячейка памяти устройства представляет собой сочетание . следящей схемы и время-импульсного фазового многоустойчивого элемента (МУЭ) с многогорбой амплитудной, .характеристикой. Число равновесных состояний МУЭ определяется соотношением опорной и тактовой частот, которое выбирается разработчиком, исходя из требуемой точности устройства. В состав МУЭ входит буферный каскад, компаратор, RS-триггер и усилитель тока. На один вход компаратора поступает напряжение треугольной форчы с выхода внешнего генератора треугольного напряжения, а на другой вход напряжение с запоминакидего конденсатора через буферный каскад, выполнен ный на двух транзисторах. Выход компаратора соединяется с од ним из входов RS-триггера, на другой вход которого поступают прямоугольньл импульсы с выхода внешнего генератор прямоугольных импульсов. Импульсы с выхода RS-триггера через усилительтока на одном транзисторепоступают на подзаряд конденсатора. Длительность этих импульсов обрат но пропорциональна уровн р напряжения на конденсаторе. При изменении входного напряжения от нуля до номинальной величины изменения длительности импульсов на вы ходе RS-триггера имеют место п раз, где п - соотн.ошение частот генератора прямоугольных импульсов и треугол ного напряжения. Следящая схема.устройства памяти состоит из компаратора/ инвертора на транзисторе и 2-х зарядно-разрядных . усилителей на 2-х транзисторах и разделительных диодах. На один вход компаратора поступает входной сигнал, на другой вход - сигнал с выхода буферного каскада. По ко1У1анде внешнего источника управляющий сиг.Нси-1 блокирует выход ком паратора, и напряжение на. конденсаторе сохраняется за счет работы МУЭ 2 Недостатком данного устройства яв ляется то, что точность его работы в режиме хранения аналогового сигнала ограничена заранее выбранным конечным числом дискретных равновесных состояний в многогорбой амплитудной характеристике МУЭ. Цель изобретения - повышение точности работы устройЪтва. Поставленная цель достигается тем, что в аналоговое запоминающее устройство, содержащее накопительный элемент, например конденсатор, одна из обкладок которого соединена с шиной нулевого потенциала, другая обкладка конденсатора соединена со входом усилителя, выход которого соединен с выходом устройства и одним из входов компаратора/ другой вход компаратора подключен к первой шине управления, первый RS--триггер, S-вход .которого соединен с выходом компаратора, и вторую и третью шины управления, введены коммутатор, ключи и второй RS-триг-. гер, выход которого соединен с R-BXOдом первого RS-триггера, R-вход второго RS-триггера соединен со второй шиной управления и одним из входов коммутатора, S-вход второго RS-триггера подключен к третьей шине управления, выход первого RS-триггера соединен со входом генератора прямоугольных импульсов, выход которого соединен с одним из входов первого ключа, выход первого ключа соединен с выходом коммутатора и входом усилителя, другой вход первого ключа соединен с выходом второго ключа, один из входов которого соединен с выходом-компаратора, другой вход второго ключа соединен с первой шиной управления, другой вход коммутатора подсоединен ко входу устройства. На чертеже представлена функциональная схема предложенного устройства. Устройство содержит коммутатор 1, усилитель 2, накопительный элемент, например/конденсатор 3, ключи 4 и 5, генератор 6 прямоугольных импульсов, компаратор .7, RS-триггеры 8 и 9, шины 10-12 управления. Предлагаемое устройство может работать в следующих двух режимах-: 1.Режим слежения за напряжением входного сигнала. В режиме выходное напряжение устройства следует за изменениями напряжения входного сигнала. 2.Режим памяти, когда устройство сохраняет мгновенное значение напряжения входного сигнала, до которого был заряжен конденсатор в момент включения режима. Режим слежения. Командный сигнал Слежение в виде напряжения постоянного тока, соответствукадего логической 1, поступает с шины 11 управления -на управляющий вход коммутирующего устройства и на R-вход RS-триггера 9, устанавливая на его выходе напряжение, соответствующее логической 1, Одновре менно коммутатор 1 замыкает вход устройства с потенциальной обкладко конденсатора 3, входом усилителя 2 выходом ключа 4. Усилитель 2 представляет собой ,электрическую схему с вход-ным сопро тивлением RBX °° выходным - RBMX О, с коэффициентом передачи К +1. Напряжение с выхода RS-триггера 9, соответствующее логической 1, поступает на R-вход RS-триггера 8, при этом на его выходе появляется напряжение, соответствукщее логичес кому и колебания .на выходе- гене ратора прямоугольных импульсов б отсутствуют. Выход ключа 4 постоянно соединен со входом усилителя 2 и потенциальной обкладкой конденсатора 3, а на один из входов ключа 4 поступают,- в режиме хранения, положительные прямоугольные импульсы с выхода генератора 6 прямоугольных импульсов. Следовательно, ключ 4 находится в разомкнутом состоянии и напряжение треугольной формы с шины 10 управления не проходит на подзарядку конденсатора 3. Постоянная времени цепи заряда ко денсатора 3 (TC С i ) определя ется произведением величины его емкости на выходное сопротивление источника входного сигнала (Rgbix). При значении Т Tg (где TBX- период колебаний непрерывного аналб гового входного сигнала) можно считать, что схема безинерционно переда ет напряжение входного сигнала на выход устройства. Выходное напряжение устройства поступает на один из входов компаратора 7, на другой вход которого пода ется напряжение с шины 10. На выходе компаратора 7 формируются прямоуголь ные положительные импульсы в момент превышения текущим значением треугол ного напряжения мгновенного значейия напряжения аналогового входного сигнала. длительность этих импульсов обрат но пропорциональна мгновенному значе нию напряжения аналогового входного сигнала. Эти импульсы не меняют О состояние выхода RS-триггера 8, так как на его R-входе присутствует логи ческая .1, поступающая с выхода RS-триггера 9, на S-вход которого поступают положительные прямоугольные импульсы с шины 12, но сдвинутые по фазе относительно треугольного напряжения на шине 10 на 180° и равные с ним по частоте повторения колебаний. Логическая 1 на выходе RS-триггера 9 сохраняется.до тех пор пока H его R-входе присутствует команца Слежение с шины 11. Одновременно прямоугольные импульсы с выхода компаратора 7 поступают на другой вход второго ключа 5, переводя его периодически в замкнутое состояние. Режим памяти. Команда Память поступает с шины 11 управления в виде постоянного напряжения нулевого уровня, соответствующее логическому состоянию О. По этой команде .коммутатор 1 размыкает цепь прохождения напряжения входного сигнала на заряд конденсатора 3. Изменение исходного логического состояния выхода RS-триггера 9 с 1 на О произойдет с приходом на его 5-вход положительного импульса с шины 12 управления. Изменение исходного логического состояния выхода RS-триггера 8 с О на 1 произойдет одновременно с приходом на его S-вход положительного импульса с выхода компаратора 7, что приведет к запуску генератора прямоугольных импульсов 6. С запуском генератора 6, на егчэ выходе формируются положительные управляющие импульсы с частотой повторения, соответствукщей частоте повторения колебаний на шине 10 управления, но сдвинутых во времени на величину ITjg. ГПИ прямо пропорциональную величине мгновенного значения напряжения входного сигнала на конденсаторе 3 в момент поступления команды Память на шине 11 управлейия. Благодаря наличию постоянного фазового сдвига между управляющими импульсами на входах последовательно включенных ключей 4 и 5, на вход усилителя 2 и обкладку конденсатора 3 поступают положительные треугольные, импульсы с шины 10 управления с амплитудой, равной мгновенному значению исходного напряжения .входного сигнсша. Частота повторения этих шлпульсов, а следовательно, и частота колебания напряжения на шине 10 управления выби-. раются из условия значительного ее превышения максимально возможной частоты в спектре входного сигнала. В этом случае с достаточной точностью можно утверждать; что устройство запоминает мгновенное значение напряжения входного сигнала. Амплитуда импульсов на шине 10 управления должна быть выбрана несколько большей максимального уровня напряжения входного сигнала. Точность известного устройства в режиме хранения определяется выбранным количеством дискретных уровней напряжения в многогорбой амплитудной характеристике. В предложенном устройстве его амплитудная характеристика является непрерывной функцией входного сигнала, а следовательно, и точность предлагаемого устройства в режиме хранения выче.

Частота повторения импульсов на шине 10 управления выбирается из условия, чтобы за 2 такта снижение исходного напряжения на конденсатрре 3 за счет его разряда дКс было минимальным.

Значение д.11с определяется по формуле

И)

ли. где .ли Р - уменьшение напряжения .на -конденсаторе за 2 периода колебаний напряжения на шине 10 управления; Зр - суммарный ток разряда кон денсатора 3, определяемЕом шунтирующим действием сопротивления утечки конден сатора, внутренним сопротивлением коммутатора 1 и ключей 4 и 5 в разомкнуто состоянии и входным сопро тивлением усилителя 2; С - величина емкости конденсатора 3; Т - длительность периода повторения импульсов .на шине 10 управления. Пример. Зр 0,5-10 А} с 1 МКФ; l Bbtx-MOKc. 10 В; 118; Т « In тз II мокс. ,510- с дие ,.5.1оЛ ,5-10 1-10 Относительная ошибка cfU (при 10 в) определяется -100% 0,025% 10-10 (у известного устройства «УU% 1% при U8i,ix,Nva«t б В) . Дополнительным резервом повышения точности в предложенном устройстве по сравнению с известным является на личие в нем ключей 4 и 5, которые размыкают связь между цепью заряда конденсатора 3 и выходом схеки кор, рекции постоянно в режиме слежения и замыкают только на время прохождения зарядного импульса с шины 10 управления в режиме памяти.

Предлагаемое аналоговое запоминающее устройство на конденсаторе позволяет решить задачу построения малогабаритной аналоговой .следящей системы управления и стабилизации летательных аппаратов, на неограйй знное время с минимальной /погрешностью, составляющей .сотые доли процента максимальной величины входного сигнала и мгновенным быстродействием слежения за его изменениями. ФО1Ж1ула изобретения Аналоговое запоминающее устройсто, содержащее накопительный элемент, например конденсатор, одна из обклаок которого соединена с шиной нулеого потенциала, другая обкладка коненсатора соединена со входом усилителя, выход которого соединен с выходрм устройства, и одним из входов компаратора, другой вход компаратора подключенк первой шине управления, первый RS-триггер, S-вход которого соединен с выходом компаратора, генератор прямоугольных импульсов, и вторую и третью шины управления, о т ли чающе е с я тем, что, с целью повышения точности работы устройства,в него введены коммутатор, ключи и второй RS-триггер, выход которого соединен с R-входом первого RS-триггера, R-вход второго RS-триггера соединен со второй Шиной управления и одним из входов KONwyTaTOpa, S-вход второго RS-триггера подключен к третьей шине управления, выход первого RS-триггера соединен со входом генератора прямоугольных импульсов, выход которого соединен с одним из входов первого ключа, выход первого ключа соединен с выходом коммутатора и входом усилителя, другой в.ход первого ключа соединен с выходом второго ключа, один из входов которого соединен с выходом компаратора, другой вход второго кЛ1рча соединен с первой шиной управления, другой вход коммутатора подсоединен ко входу устройства. Источники информации принятые во внимание при экспертизе ,1. Авторское свидетельство СССР № 257156, кл. G 11 С 27/00, 16.09,68. 2. Автометрия, 1972, № 3, с. 122125 (прототип).

Q О