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

Изобретение относится к вычислительной и контрольно-измерительной технике и может использоваться в аналого-цифровых преобразователях, сист.емах сбора и передачи информации , устройствах аналого-цифрового ввода/вывода для связи с вычислительной машиной.

Известны аналоговые запоминающие устройства, в которых использование контуров отрицательной обратной связи позволяет устранить погрешности, связанные с неидеальными свойст;вами усилителей, входящих в состав устройств. Эти устгхэйства включают в себя усилители, накопительный элемент, например конденсатор, ключи и шину нулевого потенциала 1,

Недостатком известных устройств является низкое быстродействие.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является аналоговое запоминающее устройство, содержащее первый и второй усилители, один вход первого усилителя через первый и второй ключи соединен соответственно с входом и выходом устройства, другим входом подключенный к одному входу второго усилителя, накопительному элементу, например одной обкладке конденсатора, соединен ного другой своей обкладкой с шиной нулевого потенциала, и через третий ключ - к своему выходу, первый и второй элементы связи, другой вход второго усилителя через первый элемент связи подключен к выходу первого усилителя, а через второй элемент связи - к выходу второго усилителя и выходу устройства 2.

Это устройство обладает хорошими статическими параметрами, однако ди.намические параметры низкие. Быстродействие и динамическая точность в режиме выборки определяются параметрами в основном первого усилителя, поскольку второй усилитель в режиме выборки не влияет на заряд накопительного элемента, В случае оптимальной коррекции передаточная характеристика первого усилителя является однополюсной и определяется выражением„

где К - статический коэффициент

передачи первого усилителя; С, - постоянная времени первот-о

усилителя; Р - оператор Лапласа. Функция реакции схемы при ступен чатом входном воздействии tp 4 -t-i4 Оригинал выражения (2) определяет переходную характеристику первого усилителя, откуда можно найти от носительную пограиность устройства в режш-ie выборки Ha)-K,p-exp t/r J3j (f(t)--t-ha)--exp(-tfti), (4) где H.(t),h(t) - переходная и нормированная переходная характеристики /стройства в режиме вы, борки; (J(t) - относительная погреш ность устройства в режиме выборки; t - текущее время (время выборки). Выражение (4) связывает быстродей ствие и точность устройства в динамике « Действительно, в статическом режиме выборки при fj Т пограиность устройства достигает своего минималь ного значения, определяемого только статическим коэффициентом передачи усилителей, одна;о быстродействие устройства из-за значительного времени выборки становится крайне низКИМ. Уменьшение времени выборки для повьЕления быстродействия неминуемо влечет за собой снижение точности в |соответствии с (4) . Снижение точности при этом не восполняется увеличением коэффициентов передачи усилителей , а наоборот ухудшается устойчи вость работы устройства. Целью изобретения является повышение быстродействия и точности устройства. Поставленная цель достигается тем что в устройство, содержащее основной накопительный элемент, например основной конденсатор, одна из обкладок которого соединена с шиной нулевого потенциала, первый усилитель, один из входов которого соединен с выходами первого и второго ключей. вход первого ключа является входом устройства, второй усилитель, охва ченный по одному из входов обратной связью через первый пассивный элемен например первый резистор, выход второго усилителя соединен с входом второго ключа и является выходом устройства, другая обкладка основног конденсатора подключена к другим входам первого и второго усилителей и к выходу Третьего ключа, вход которого соединен через второй пассив(2) ный элемент, нап;ример второй резистор, с первым входом второго усилителя, введены третий усилитель и дополнительный накопительный элемент, например дополнительный конденсатор, одна из обкладок которого соединена с выходом второго усилителя, а другая обкладка - с выходом первого усилителя и с входом третьего усилителя, выход которого подключен к входу третьего ключа. На чертеже изображена функциональная схема предложенного устройства. Устройство содержит усилители 1-3, накопительные элементы, например конденсаторы 4 и 5, ключи 6-8, пассивные элементы, например резисторы 9 и 10, и шину 11 нулевого потенциала. Предложенное устройство функционирует следующим образом. Усилитель 1 выполняется с высоким выходным сопротивлением (усилитель тока), а усилитель 3-е высоким входным и низким выходным сопротивлением. .В режиме выборки замкнуты ключи 6 и 8 и разомкнут ключ 7. Конденсатор 4 через усилители 1 и 3 заряжается до напряжения, равного напряжению на входе устройства. Напряжение с конденсатора 4 прикладывается к одному из входов усилителя 2 и, при значительном коэффициенте его передачи, одновременно присутствует на его другом входе, а также на резисторе 10 благодаря замкнутому ключу 8, поэтому напряжение на выходе устройства близко к входному напря;жению. Если коэффициент передачи усилителя 3 равен единица, то его входное и выходное напряжение равны. Поскольку выходное напряжение усилителя 1 равно при этом напряжению на конденсаторе 4, то напряжения на обкладках конденсатора 5 практически равны и этот конденсатор в режиме выборки не влияет на работу устройства и время установления напряжения на конденсаторе 4, т.е. время выборки определения передаточной функцией усилителей 1 и 3. В режиме хранения состояние ключей 6-8 устройства изменяется на противоположное, при этом на конденсаторе 4 в течение определенного времени сохраняется напряжение, равное мгновенному значению входного напряжения в момент изменения состояния ключей 6-8. Это напряжение прикладывается к соединенному с конденсатором 4 одному из входов усилителя 1, а на другой его вход через ключ 7 подается напряжение с выхода устройства. Поскольку усилитель 1 охвачен контуром отрицательной обратной связи через усилители 2 и 3 и ключ 7, то напряжения на входах усилителя 1 равны, поэтому напряжение на выходе устройства в режиме равно тому входному напряжению, которое оно имело при переходе из режима выборки в режим хранения. При этом конденсатор 5 оказывается включенным в цепь отрицательной обратной связи и влияет на общую передаточную характеристнку устройства. Усилитель 3 работает с единичным коэффициентом передачи,поэтому может быть достаточно широкополосным. Усилитель 2 через резисторы 9 и 10 охвачен местным контуром отрицательной обратной связи, следовательно, полюс его передаточной характеристики в соответствующей степени сдвинут в область высоких частот, поэтому характеристики устройства в рабочей полосе частот в основном определяются усилителем 1. Тогда суммарная передаточная характеристика устройства от одного иэ входов усилителя 1 к выходу устройс .ва в режиме хранения определяет выражением г--«-оСр(1+Ч)где Wj - передаточная характеристика усилителя 1; Kj - коэффициент передачи усилителя 2; RQ - выходное сопротивление усилителя 1; емкость конденсатора 5. В известном устройстве, где отсут ствует конденсатор 5, передаточная функция равна Wj - ,,,(7) где w - передаточная характеристика первого усилителя. Для обеспечения одинаковой статической точности и устойчивости работы известного устройства и предложенного должно выполняться условие ,1 , которое с учетом (5) и (7) записывается следующим образом: -1 К. W. Kj. -ГТрТз, Отсюда можно выразить передаточную характеристику усилителя 1 через передаточную характеристику первого усилителя в известном устройстве при сохранении для обоих устройств одинаковой статической точности и усто чивости Vl (И-рГг). (9) Из (9) следует, что передаточная ха рактеристика усилителя 1 в предложе ном устройстве имеет дополнительный ноль по сравнению с аналогичной характеристикой известного. Благодаря этому появляется возможность подбором- конденсатора 5 скомпенсиоовать ноль передаточной характеристики аналогового запоминающего устройства, тем самым значительно уменьшить постоянную времени усилителя 1. Так, при выборе одинаковых первого усилителя в известном и усилителя 1 в предложенном устройствах при одинаковой предельной статической точности обеих устройств погрешность, определяемая как функция текущего времени (времени выборки) в предложенном устройстве, много ниже, чем в известном. Это позволяет уменьшить время выборки, тем самым повысив быстродействие. Действительно, переходная характерисика усилителя 1, определяемая по (9) с учетом (1) равна иШ--к (-|i)eicp« H7ti)--K W(4.), откуда нормированная переходная характеристика и относительная погрешность устройства составляют V)(t)--l4Kri/T,)exp (Ч)ГО, )--(-hU)--H-%)expK/Tn). (10) Так, для времени выборки ,96Ci и подборе Т и t:/2. с тoчнocт-JЮ 10%,т.е. Сг/С - 0,9, погрешность устройства как функция времени выборки в известной и предложенной схемах определяет выражениями (4) и (10) (f(t) ехр(-6,96 10 0,1%, (f (t) (l-0,9)exp(-6,) 10 0,01%. Таким образом, при сохранении неизменными устойчивости работы, времени выборки и предельной статической точности в предложенном устройстве, в отличие от известного скорость приближения точности к предельной статической точности намного выше, и наоборот при сохранении неизменными устойчивости работы, предельной статической точности и фиксировании одинаковой точности в известном и предложенном устройствах, время выборки в новой схеме намного меньше. Введение новых элементов и связей улучшает, таким образом, динамические свойства аналогового запоминающего устройства, чем достигается повьшение быстродействия и точности в предложенном устройстве. Благод 1ря