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

Изобретение относится к аналоговой и вычислительной технике и может быть использовано при построении помехозащищенных аналоговых и аналого-цифровых систем и является дополнительным изобретением.

По основному авт.св. № 809390 аналоговое запоминающее устройство содержит основной усилитель, первый неинвертирующий вход которого соединен через первый ключ с одним из входов устройства и через второй ключ с выходом устройства и выходом дополнительного усилителя, неинвертирующий вход дополнительного усилителя соединен с накопительным элементом, например с одной обкладкой конденсатора, и первым инвертирующим входом основного усилителя, другая обкладка конденсатора соединена с шиной нулевого потенциала;, выход основного усилителя через третий ключ соединен с неинве1:)тирующим входом дополнительного усилителя, инвертирующий вход которого подключен через пассивный элемент к выходу основного усилителя, четвертый и пятый ключи, причем второй инвертирующий в)од основного усилителя через четвертый ключ соединен с другим входом устройства и через пятый ключ - с шиной нулевого потеициала и вторым неинвертирующим входом основного усилителя

10

Устройство работает в двух режимах. В режиме выборки замкнутый первый, третий и четвертый ключи. Остальные ключи разомкнуты. Накопительный элемент заряжается до напряжения, соответствующего дифференциальному входному напряжению. В режиме хранения после изменения состояния ключей на противоположное на

20 выходе устройства воспроизводится мгновенное значение разности напряжений, присутствовавших на входах устройства 8 режиме выборки. 39 Известное устройство обладает высокой точностью и помехозащищенностью. Однако в нем не предусмотре возможность масштабирования входных сигналов. Это вызывает значительные трудности при последующей обработке сигналов низкого уровня, мгновенные значения которых воспроизводятся на выходе устройства без усиления. Если, например, далее необходимо преобразовывать сигналы из аналоговой .формы в цифровую, то соответствующий аналого-цифровой преобразователь должен быть расчитан на работу с сигналами низкого уровня. Введение делителя( или в более общем случае программно-управляемого делителя ) в цепь общей обратной связи устройства хотя и позволяет осуществлять усиление сигналов, однако приводит к резкому увеличению погрешности устройства, обусловленной конечностью коэффициента усиле ния основного усилителя. Чтобы показать это, предположим, что коэффициент усиления основного усилител в разомкнутом состоянии по любой па ре входов равен К, коэффициент пере дачи замкнутого дополнительного уси лителя в инвертирующем включении равен единице, а в цепь общей обрат ной связи включен делитель с коэффи циентом передачи -у . При усилении без погрешности выходное напряжение было бы равно и - d 11 вЫх ВХ 1 где Ua мгновенное значение входн го напряжения в момент пе рехода устройства в режим хранения. С учетом погрешности статизма, обусловленной конечнь1М коэффициенто усиления основного усилителя, реаль ное выходное напряжение равно К(К+г) ВЫХ (1+К)( к) .вХ I Относительная погрешность составит и„ - U 8blX ВЫХ -100% дых и -К ( Предположим, что К 1000, а 0 (десятикратное усиление) 9-1О 0,9210Для сравнения отметим, что при 3 1 (отсутствие усиления) 1lJO° 0,0001 Цель изобретения - повышение точности устройства. Поставленная цель достигается тем, что в аналоговое запоминающее устройство введены управляемый делитель напряжения и цифро-аналоговый преобразователь, первый выход которого соединен с шиной нулевого потенциала, а второй выход цифро-аналогового преобразователя соединен с входом второго ключа, выходы управляемого делителя напряжения соединены с третьим и четвертым неинвертирующими входами основного усилителя, входы управляемого делителя напряжения и цифро-аналоговогопреобразователя соединены с шинами управления . На чертеже представлена функциональная схема предложенного устройства. Устройство содержит основной и дополнительнь1Й усилители 1 и 2, накопительный элемент, например конденсатор 3, ключи 4-8, цифро-аналоговый преобразователь 9, управляемый делитель 10 напряжения, шину 11 нулевого потенциала, резисторы 12-16, шины 1 управления, неинвертирующие входы 18-22 и инвертирующие входы 2.3 и Ik усилителя 1. Цифро-аналоговый преобразователь 9 представляет собой набор параллельно включенных резисторов, кторы подключаются к шине нулевого потенциала с помощью соответствующих ключей. Управляемый делитель 10 напряжения содержит цепь последовательно включенных резисторов, которые могут шунтироваться при отпирании соответствующих ключей. Переключение ключей осуществляется в зависимости от кода N, определяющего необходимый масштаб. Предложенное устройство функционирует следующим образом. При каждом коде М,д преобразователь 9 можно рассматривать как некоторую эквивалентную проводимость У э делитель 10 - ка некоторое сопротивление R, . Разность напряжений на входе устройства усиливается в устройстве в коэффициент усиления р V 1 + MI где RQP - сопротивление резисто/ра 12. В режиме выборки замкнуты ключи А,8 и 6, а ключи 5 и 7 разомкнуты. Конденсатор 3 заряжается до напряжениягде Ug5 - входное дифференциальное напряжение; К - коэффициент усиления диф ференциального напряжени от входов 20 и 2 к выхо ду разомкнутого усилителя 1; Кп - коэффициент усиления диф ференциального напряжени от входов 23 и 19 к выхо ду разомкнутого усилителя 1 . При переходе в режим хранения со тояние ключей изменяется на противо положное. С размыканием ключа 8 напряжение U фиксируется на конденс торе 3- Напряжение на выходе устрой ства в режиме хранения I Ч1 |(Ь Ч + где (Ь - коэффициент передачи дополнительного усилителя 2 в инвертирующем включении,рав- ный примерно отношению резисторов, подключенных к его инвертирующему входу. (см.формулу Ц) Подставляя (5) и (6) , можнонай ти выходное напряжение. При усилени без погрешности выходное напряжение составило бы

.

быч

ex

ex

Относительная погрешность определяется

11 -LJ ftbix вых

100%

-вь.х

и. .

100% , (9) (, fb))

где К - коэффициент усиления операционного усилителя . У - , где К - коэффициент

Км

усиления ма штабирующего устройства.

При К 1000 и у 0,1, тогда

1. При тех же условиях

сли

6ЫХ

погрешность в. предлагаемом устройстве составит 0,01. Достижение погрешности 0,01% требует применен При условии -ТХ, вь (1-ГК,(ь))- (1) Отношение коэффициентов - приблизительно равно отношению сопротивлений резисторов - , где R- - сопротивление резистора 13, аЯ, эквивалентное сопротивление делителя 10. Таким образом, условие (9 ) , при выполнении которого обеспечива ется минимальная погрешность, для любого 2Г 1Г п может быть -выКм «м полнено выбором соответствующего сопротивления Кцд. В предлагаемом устройстве при задании коэффициента К путем подключения соответствующего резистора в преобразователе 9 осуществляются переключения в делителе 10, изменяющие R,v так, чтобы выполнялось условие (9). При рассмотрении конкретного примера установлено, что при К 1000, 01, (Ь 1.Тогда Ка 100 и величина погрешности равна: ъъ (1+0,1 чооощиоо; °|0° В известном устройстве погрешность составляет 0, Равенство может выполняться.с некоторой погрешностью. Поэтому практически погрешность подгонки сопротивлений резисторов R-,4 RM может сост тавлять единицы процентов. Предложенное устройство можно равнить с обычным масштабирующим стройством на основе операционного силителя. Для такого устройства огрешность определится -fOO%,(i-() 7 в масштабирующем устройстве усилите с коэффициентом 10. В предложенном устройстве, так же как и в известном, достигается подавления таких погрешностей приме няемых усилителей как напряжение . смещения нуля и синфазные ошибки. Возможность масштабирования входных сигналов при малых коэффициентах ус ления усилителя 1 позволяет отказаться от применения многокаскадных усилителей, что Также благоприятно отражается на быстродействии устрой ства. Введение в устройство новых элементов позволяет существенно уменьшить погрешность статизма при масштабировании и эффективней использовать его в системах низкого уров Формула изобретения Аналоговое запоминающее устройство по авт.св.. № 809390, о т л и 1 чающееся тем, что, с целью повышения точности устройства, в него введены управляемый- делитель напряжения и цифро-аналоговый преобразователь, первый выход которого соединен с шиной нулевого потенциала, а второй выход цифро-аналогового преобразователя соединен с входом второго ключа, выходы управляемого делителя напряжения соединены с третьим, и четвертым не 1нвертирующими входами основного усилителя, входы управляемого делителя напряжения и цифро-аналогового преобразователя соединены с шинами .управления. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР № 809390, кл. G11 С 27/00, 03.07.78 (прототип).