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

1

Изобретение относится к аналоговой технике и может быть использовано в регистраторах быстропротекающих процессов в качестве фиксатора мгновенного значения аналогового сигнала.

Известно аналоговое запоминающее устройство, содержащее дифференциальный усилитель, генераторы стабильного тока, токовые ключи, токовый инвертор, эмиттерный повторитель, запоминаюций конденсатор и истоковый повторитель l Однако для реализации указанного устройства требуется неоправданно большое количество элементов.

Наиболее близким к предлагаемому является аналоговое запоминающее устройство, содержащее дифференциашьный усилитель, токовый инвертор, запоминающий конденсатор, операционный усилитель, генератор стабильного тока и токовый ключ. В зтом устройстве стробируемый дифференциапьный усилитель первым своим выходок соединен с выходом токового инвертора с одной из обкладок запоминающего конденсатора и с инвертирующим входам операционного усилителя. Вторым своим выходом дифференциальный усилитель соединен со входом токового инвертора. Выход операционного усилителя соединен с другой обкладкой запоминающего конденсатора и с

10

выходной клеммой устройства. Инвертирующий и неинвертирующий входы дифференциального усилителя соединены соотйетственно со входной и с выходной клеммами устройства. В цепи

15 змиттерного питания дифференциального

.усилителя включены последовательно токовый ключ и генератор стабипьного тока 2.

В данном устройстве при переходе

20 от режима слежения к режиму хранения не обеспечивается равенства между тем мгновенным значением сигнала, которое подлежит фиксации и тем значени- ем,которое оказывается на выходе устройства после его фиксации. Обраэ щаяся при этом ступенька выходного напряжения возникает из-за несинхрон ности выключе1Шя токов дифференциаль него усилителяи токового инвертора, действукящ1х на входе операционного усилителя, и снижает точность устрой ства. Цепь изобретения - повышение точности устройства. Поставленная цель достигается тем что в аналоговое запоминающее устрой ство, содержащее накопительный элемент, например конденсатор, одна из обкладок- которого соединена с первым выходом дифференциального усилителя, с выходом токового инверФора и с первым вкодом операционного усилителя, генератор тока, вход которого соединен с первой шиной питания выход - со входом ключа, выход ключа соединен с первым входом дифференциального усилителя, второй вход которого подключен ко входу устройства, а третий вход - к выходу устройства и к выходу операционного усилителя, первый вход токового инвертора -соединен со второй пшной питания, введен элемент с нелинейной харажтеристикой, например, диод анод которого подключен ко второму входу токового инвертора, а катод - ко второму выходу дифференциального усилителя, ко второму входу операционного усилителя и к другой обкладке конденсатора. На чертеже представлена функциональная схема предлагаемого устройства. Оно содержит дафференщальньш усилитель 1, токовый инвертор 2, элемент с нелинейной характеристикой например диод 3, накопительный элемент, например конденсатор 4, операционный усилитель 5, ключ 6, генератор 7 тока и шины 8 и 9 питания. Устройство работает следующим образом. Исходным состоянием устройства считается режим слежения, поскольку он, во-первых, является стационарны во-вторых, предшествует тем переход ным процессам, в которых проявляется положительный эффект изобретения. Охарактеризуем исходное соетояние. 1. Рассогласование следящего кон тура - величина второго поряд ка малости по отношению к величине сигнала. В противном случае имеют дело с некоррект ной постановкой задачи фиксации мгновенного значения сигнала. В силу малости сигнала рассогласования следящего контура, имеет место слабое возмущение равновесия коллекторных токов дифференциального усилителя . 1. Поскольку токовый инвертор 2 . имеет коэффициент передачи по току 1, то на обкладках конденсатора 4 имеет место практическое равновесие втекаиощих и вытекающих токов. Транзисторы токового инвертора 2, включенные по схеме с общим эмиттером, по крайней мере, на порядок более инертны, чем транзисторы дифференциального усилителя 1, которые впериод коммутации эмиттерного тока ведут себя как транзисторы, включенные по схеме с общей базой. Транзисторы токового инвертора 2 к моменту коммутации обладают зарядом, накопленным в базо-эмиттерных переходах, по крайней мере, на порядок большим, чем заряд переключения диода 3. ак, с некоторой задержкой после . та отключения генератора тока 7, кторные токи дифференциального еля 1 начинают экспоненциальывать с некоторой постоянной вреС . Величина выходного тока инра 2 является неизменной, и это яется пунктом 4 условий исходсостояния устройства. Пунктом 5 няется отсутствие в схеме эквита входной цепи токового инвер2. Учитывая пункт 2 исходного яния vcтDoйcтвa, записывают: V i o/i-e р - эмиттерный ток дифференциального усилителя 1; и Зп- коллекторные токи транзисторов усилителя 1. уясь пунктом 3 исходного состоястройства, записывают: )a цепи диода 3 равен: - ток инвертора 2. присутствие конденсатора 4 в цепи токов Г, и здесь не учитываетс поскольку процесс фиксации весьма короток. Выражение (3 имеет смысл только при положительных значениях правой части поскольку диод 3 не проводит ток обратного направлени Это означает, что эквивалентная схема цепей перезаряда, конденсатора 4 в период коммутации правомерн только до некоторого момента време ни t. , при котором правая часть вы ражения (3 обращается в нуль: t r-c-eni t) в момент запирания диода 3 напряже ние база-коллектор выходного тра зистора инвертора 2 резко падает. Инвертор 2 утрачивает свойства генератора 7 тока, т.е. с этого момента он обладает низким выходным сопротивлением. На этом заканчивается первая стадия процесса фиксации. Длительность второй стадии фикс ции в принципе не ограничена,однак достаточно (4+5)С ,чтобы 1 был пренебрежимо мал. На этом завершае ся процесс фиксации. Паразитные коммутационные токи, протекающие через конденсатор 4, опи ваются следующим образом: ) ПРМ t it-1 ) прм -t 1 Можно оценить ошибку устройства в зарядовом выражении: u, Этот результат не учитывает инерци онных свойств диода 3. Заряд переключения реального диода, необходимый для преодоления его начальной обратной .проводимости, является при чиной для задержки первой стадии процесса фиксации. Полная ошибка устройства, в зарядовом выражении, может быть оценена как: Vai. V где ui эффективное время переключения диода 3. Реально осу ществимые величины отношения находятся .в диапазоне О,1+ 0,3. 396 Оценивают ошибку известного устройства тоже в зарядовом выражении, и сравнивают ее с ошибкой предлагаемого устройства. Ошибка в известном устройстве возникает из-за несинхронности выключения взаимно компенсирующих токов дифференциального усилителя и токового инвертора, действующих на входе операционного усштитех я.. Эта несинхронность возникает из-за задержки распространения сигнала о выключении коллекторного тока дифференциального усилителя по контуру, вкпючакицему в себя токовый инвертор. Величину этой задержки можно оценить величиной f -постоянной времени установления коэффициента передачи токового инвертора. Отсюда 9oia (известного) . (S) Поскольку f, по крайней мере, на порядок больше , то Gi.t:S pr-ej vErto,i-rO,b) са) при прочих равных условиях, т.е.предлагаемое устройство обладает более высокой точностью, чем нзвестное. Таким образом, благодаря тому, что диод 3 исключает прохождение паразитного тока инвертора 2 через конденсатор 4 после отсечки выходных токов дифференциального усилителя I, инерционность токового инвертора 2 не оказывает существенного влияния на точность процесса фиксации мгновенного, значения отслеживаемого напряжения, а значит, точность предлагаемого устройства выше, чем у известного. Формула изобретения Аналоговое зaпo вfнaющee устройство, содержащее накопительный элемент, например, конденсатор, одна из обкладоккоторого соединена с первым выходом дифференциального усилителя, с выходом токового инвертора с первым входом операционного усиителя, генератор тока, вход которого соединен с первой шиной питания, а выход - со входом ключа, выход ключа соединен, с перш11м входом диференциального усилителя, второй ход которого подключен ко входу стройства, а третий вход - к вы