Аналоговое запоминающее устройство Советский патент 1982 года по МПК G11C27/00 

Изобретение относится к вычисли- тельной и контрольно-измерительной технике и может использоваться в аналого-цифровых преобразователях, системах сбора , измерительных устройствах и устройствах автоматики и телемеханики.

Известно аналоговое запоминающее устройство, содержащее первый и второй усилители, ключи и накопительный элемент, гапример конденсатор, включенный через ключ между выходом первого усилителя и шиной нулевого потенциала 1 .

Недостатком известного устройства является низкая точность, обусловленная прохождением части сигнала управления ключом на накопительный элемент. Поскольку к ключу, связывающему накопительный элемент с выходом усилителя, прикладывается входное напряжение, от величины которого изменяются парг1метры ключа, то погрешность от прохождения сигнала управления зависит от входного сигнала и изменяется как и входной сигнал непредсказуемо, что значительно затрудняет ее компенсацию.

Известны устройства, в которых погрешность от прохождения сигналов

управления не зависит от входного сигнала, поскольку ключ работает под неизменным, напримернулевым, напряжением.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является аналоговое запоминающее устройство, содержащее первый и второй усилители, вход первого усилителя соединен с

10 выходами первого и второго ключей, входы которых подключены соответственно к входу устрюйства и объединенным выходу устройства и выходу второго усилителя, соединенного первым

15 входом с шиной нулевого потенциала, а вторым входом - с входом третьего ключа, выход третьего ключа соединен с выходом устройства, и накопительный элемент, например конденсатор,

20 включенный между выходом первого и вторым входом второго усилителя. С заи кнутыми первым и третьим ключами устройство работает в режиме выборки. При значительном коэффициенте пере25дачи второго усилителя разность напряжения на ег входах всегда близка к нулю. Первый вход второго усилителя соединен с шиной нулевого пoтeнциала, поэтому на одной обкладке

30 конденсатора и на выходе устройства, подключенным к второму входу второго усилителя, напряжение близко к нулю При единичном коэффициенте передачи первого усилителя на другой обкладке конденсатора отслеживается входное напряжение. При изменении состояния ключей на противоположное устройство переходит в режим хранения, а выходное напряжение скачком изменяется от нулевого до входного в момент .переключения устройства. Вход третьего ключа продолжает оставаться под напряжением, близким к нулевому, поэто g погрешность прохождения сигналов управления ключом по отнсаиению к шине нулевого потенциала не зависит от уровня входного сигнала и величина неизменная (2J. Однако выход третьего ключа соединен с выходом, устройства и через проходную емкость ключа проникает часть скачка выходного напряжения, определяемая ypOBHteM входного сигнала. Эта составляющая погрешность уст ройства изменяется произвольным способом и снижает точность устройства Поскольку в режиме хранения ретий ключ работает под входным напряжением, точность хранения является низ кой из-за утечек токов через этот ключ и перезаряда ими накопительного элемента. Помимо этого скачок напряжения на выходе устройства приводит к значительным переходным процессам и большому времени установления выходного напряжения в пределах заданной точности, что означает низкое быстродействие известной схемы. Целью изобретения являестя повышение точности и быстродействия уст ройства. Поставленная цель достигается тем что в устройство, содержгицее первый усилитель, вход которого соединен с выходами первого и второго ключей, вход первого ключа является входом устройства, вход второго ключа соединен с выходом второго усилителя и является выходом устройства, накопительный элемент,„ например конденсато одна из обкладок которого соединена с выходом первого усилителя, другая обмотка конденсатора соединена с первым входом второго усилителя, второй вход которого соединен с шино нулевого потенциала, третий ключ, вход которого соединен с первым входом второго усилителя, введен третий усилитель, входы которого соединены соответственно с выходами первого и второго усилителей, выход третьего усилителя соединен со входом третьег ключа. На чертеже приведена функциональная схема устройства. Ансшоговое эапомингцощее устройств содержит усилители 1-3, накопительны лемент, например конденсатор 4, клюи 5-7 и шину 8 нулевого потенциала. Устройство работает следующим обазом. С замкнутыми ключги м 5 и 7 и разомнутым ключом 6 схема находится в реиме выборки. При. значительном коэффииенте передачи усилителя 2 разность апряжений на его входах всегда близа к нулю. Первый вход усилителя 2 одключен к шине нулевого потенциала, ледовательно, напряжение близко к улю на втором его входе и на соедиенных с этим .входом-выходе усилитея 3 и одной обкладке конденсатора 4. ри единичном коэффициенте передачи силителя 1 напряжение на другой обладке конденсатора 4 отслеживается лизким к входному. Напряжение на онденсаторе 4 определяется выражеиемIL--U -и -(I) -Р хАчМ- А АэМ) . Н: вЬ1х, р гАэ f АЁ 02i+AiA OMtAiA -напряженна на входе устрюйства; -выходные напряжения с BbfX, BblX j соответственно усилителей 1 и 3; ,02,03 -напряжения смещения усилителей 1,2 и 3 соответственно; Ai,Ai,Ai - коэффициенты передачи усилителей 1,2 к 3 соответственно. При единичном коэффициенте передачи усилителя 3 его выходное напряжение является разностью напряжений, присутствующих на его входе. Поскольку выходное напряжение усилителя 3 близко к нулю, а напряжение на первом его входе, подключенном к выходу первого усилителя, близко, к входному, будут близкими к входному напряжения на Ъго втором входе и на соединенном с вторым входом усилителя 3 выходе устройства. Таким образом, в режиме выборки напряжение на выходе устройства отслеживается весьма близким к напряжению на входе устрюйства. При изменении состояния ключей устройства на противоположное последнее переходит в режим хранения. В момент переключения напряжение на конденсаторе 4 станет равным I. -Ai Г ) -f-fAiA, А Ог. AгA,o -(АзА, где Ugjj - напряжение на входе устройства в момент переключения в режим хранения. Через замкнутый ключ б устройство В режиме хранения охватывается контуром стабилизирующей обратной связи. Напряжение на выходе устройства становится равным Аг (3) ВЫХо Со +AiAa 01 +А,Аг Oj AiAz Последнее выражение с учетом (2) при мет следующий вид: .. AiAa() . AiAxAa выХо ВХо (-ttAiAiX-t+AoAj) 4(i AiAzK1+AiAj . Агр Аа-А- / Ог H+AiAiXltAiA,,) oj )(+AгA tn- /ЛА Л л/д.А А .n /JJ.A .i лТ V Отсюда можно найти погрешности устройства при 1 д--лСА)ч-д(1о1) + й(ео1.)-д(ео.,); (5) A(A)--Ue«o-UB,,-U,o(- :Meoi to,А(еог)--ео: Г (7) (еог)--еог4 (8) Из (5)-(8) видно, что погрешность коэффициента передачи устройства значительно меньше, чем погрешности передачи отдельно взятых усилителей, а погрешности, определяемые напряжениями смещения усилителей и их неста бильнос.тями (температурными, временными от нестабильностей напряжения питания и т.д.) практически полностью устраняются. Вырг1жение (4) показывает высокую верность воспроизведения напряжения присутствовавшего на входе устройств в 1омент переключения в режим хранения. Поскольку при этом на выходе устройства уже присутствовало напряжение, незначите:}ьно отличающееся от входного, то при переключении устрой ства в режим хранения отсутствуют сколько-нибудь значительные изменения напряжения как на выходе Устройства, так и на входе усилителя 1. Следовательно, отсутствует скачок выходного напряжения и переходные процессы, имевшие место в известном устройстве, отсутствуют, таким образом, и составляющие погрешности вызываемых ими. Не требуется дополнительное- время на установление выходного напряжения в пределах заданной точности и быстродействие предлагаемого превышает быстродействие известного устройства. Поскольку в ре жиме хранения не прюисходит изменений напряжения на выходе устройства и входе первого усилителя, не проис ходит изменения напряжений на входа усилителя 3 и его выходное напряжен остается близким к нулевому. Продол жает оставаться близким к нулевому напряжение на втором входе усилител |2, поскольку его первый вход постоянно подключен к шине нулевого потенциала. Таким образом, на входе и выходе ключа 7 напряжения близки к нулю, поэтому отсутствуют токи утечки через этот ключ и перезаряд конденсатора 4. В результате того, что в режиме выборки и в режиме хранения ключ 7 находится под близким к нулю и не . зависящим от входного сигнала напряжения , то пограиность от прохождения части управляющего ключом 7 напряжения на накопительный элемент 7 есть величина постоянная и не зависящая от уровня входного сигнала, следовательно она легко может быть cKoMneHCHjkDBaHa, например, башансировкой усилителя 2. Более того, нулевые напряжения на ключе 7 позволяют использовать в его качестве токовый ключ. При этом упрощается схема управления ключами за счет отсутствия в ее составе схем слежения за уровнем входного сигнала и сложных устройств динамической компенсации погрешности из-за пролезания на накопительный элемент 4 части напряжения управления.Таким образом, в предложенном устройств достигается значительное повышение точности и быстрюдействия. Формула изобретения Аналоговое запоминающее -устройство, содержащее первый усилитель, вход которого соединен с выходами первого и второго ключей, вход первого ключа является входом устройства, вход второго ключа соединен с выходом второго усилителя и является выходом устройства, накопительный элемент, например конденсатор, одна из обкладок которого соединена с выходом первого усилителя, другая обкладка конденсатора соединена с первьвл входом второго усилителя , второй вход которого соединен с шиной нулевого потенцигша, третий ключ, вход которого соединен с первым входом второго усилителя, отличающееся тем, что, с целью повыиения точности и быстродействия устройства, в него введен третий усилитель, входы которого соединены соответственно с выходгииш первого и второго усилителей, выход третьего усилителя соединен со входом третьего ключа. Источники информации, принятые -во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР 482815, кл. G 11 С 27/00, 1975. 2.Патент США 4066919, . , кл. 307-353, опублик. 1978- (прототип).