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

(5) АНАЛОГОВОЕ ЗАПОМИНАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО

1

Изобретение относится к вычислительной и контрольно-измерительной технике, предназначено для запоминания мгновенных значений и может быть использовано в аналого-цифровых пре- j образователях. . .

Известно прецизионное аналоговое запоминающее устройство, содержащее операционные усилители, ключи, конденсатор, в котором обеспечивается кор- о рекция погрешностей, вносимых операционными усилителями fl.

Однако данное устройство обладает недостаточно высоким быстродействием.

Наиболее близким к предлагаемому is по технической сущности является аналоговое запоминающее устройство, которое содержит основной (первый) усилитель, дополнительный (втррой) усилитель, накопительный элемент, напри- 20 мёр конденсатор памяти, первый, второй и третий ключи, причем первый и второй ключи соединяют соответственно

вход и выход устройства с первым инвертирующим входом основного (первого) усилителя, выход которого через резистор подключен .к инвертирующему входу дополнительного (второго) усилителя, соединённого выходом через резистор с его инвертирующим входом, вспомогательный (третий) усилитель,подключенный неинвертирующим входом к шине нулевого потенциала, а инвертирующим входом через третий ключ к выходу основного (первого) усилителя, и непосредственно к одной обкладке конденсатора памяти, другая обкладка которого подключена к выходу вспомогательного (третьего) усилителя, неинвертирующему входу основного (первого) усилителя и через резистор к инвертирующему входу дополнительного (второго) усилителя.

Устройство находится в режиме выборки при замкнутых первом и третьем ключах. Конденсатор памяти заряжается ДО напряжения близкого к входному. После размыкания первого и третьего клю чей и замыкания второго ключа устройство переходит в режим хранения, при котором на его выходе воспроизводится постоянное напряжение, равное мгновен ному значению входного в момент переключения устройства. В устройстве обес печивается коррекция погрешностей, вно симых усилителями, а также существенно уменьшены погрешности, возникающие при переключении третьего ключа, поскольку последний в обоих режимах по входу и выходу остается под напряжением, близким к нулю 2. Однако известное устройство обладает недостаточным быстродействием. В режиме выборки отрицательная обратная связь охватывает основной (первый) и вспомогательный (третий) уси/Л1тель одновременно. Результирующая амплитудно-частотная характеристика и качество переходного процесса в режиме выборки определяются свойствами обоих усилителей, что приводит к боль шой инерционности устройства в указан ном режиме. Основной (первый) усилитель при этом должен корректироватъся независимо от вспомогательного (треть его) , поскольку в режиме хранения он совместно с дополнительным (вторым) усилителем включается в другой контур Последовательное включение двух усили телей (основного и вспомогательного) приводит к снижению быстродействия устройства. Это, в частности, выража ется в увеличении времени выборки, уменьшении максимально допустимой час тоты входного сигнала. Цель изобретения - повышение быстродействия устройства. Поставленная цель догтигается тем, что в аналоговое запоминающее устрой ство, содержащее первый усилитель, пер вый неинвертирующий вход которого соединен с выходами первого и второго ключей, вход первого ключа является входом устройства, второй усилитель, выход которого является выходом устройства и соединен с входом второго ключа, выход первого усилителя соединем с первым инвертирующим входом второго усилителя, второй инвертирующий вход которого соединен с входом второго ключа, накопительный элемент, например конденсатор, третий ключ, шину нулевого потенциала, введен повторитель напряжения, выход которого соединен с первым и вторым неинвертирующими входами второго усилителя, второй неинвертирующий вход первого усилителя соединен с одной из обкладок конденсатора , с первым инвертирующим входом повторителя напряжения и с входом третьего ключа, выход которого соединен с первым инвертирующим входом первого усилителя и с шиной нулевого потенциала, другая обкладка конденсатора соединена с вторым инвертирующим входом и с выходом первого усилителя и с первым неинвертирующим входом повторителя напряжения, второй неинвертирующий вход которого соединен с шиной нулевого потенциала, а второй инвертирующий вход - с неинвертирующими входами второго усилителя. На чертеже представлена функциональная схема предложенного устройства. Устройство содержит усилители 1 и 2, накопительный элемент, например конденсатор 3, ключи Л-б, повторитель 7 напряжения, шину 8 нулевого потенциала, неинвертирующие входы 9 и 10 и инвертирующие входы 11 и 12 усилителя 1, неинвертирующие 13 и Т и инвертирующие входы 15 и 16 усилителя 2, неинвертирующий вход 17 и инвертирующий вход 18 повторителя 7. Предложенное устройств9 функционирует следующим образом. В режиме выборки входного сигнала замкнуты ключи 4 и 6, ключ 5 разомкнут. Входное напряжение через замкнутый ключ поступает на вход 9 усилителя 1. Усилитель 1, представляющий -собой дифференциально-дифференциальный усилитель, обеспечивает усиление напряжений, приложенных к парам входов 9 и 11 и 12 и 10. При замкнутом ключе 6 образуется цепь заряда конденсатора 3 с выхода усилителя 1, охваченного отрицательной обратной связью. Если коэффициенты усиления по парам входов 9 и 11 и 12 и 10 приблизительно равны, то конденсатор 3 заряжается до напряжения, близкого к входному. Падение напряжения на сопротивлении замкнутого ключа 6 близко нулю и не усиливается, поскольку приложено к входам 12 и 10 усилителя 1 синфазно. Отличие напряжений, приложенных к входам 15 и 13 усилителя 2, незначительно, так как повторитель 7 при замкнутом ключе 6 фактически повторяет напряжение, присутствующее на выходе усилителя 1. Разность напряжений на входах 13 и 15 усилителя 2 близка к нулю, следовательно, близка к нулю разность напряжений на входах Ш и 18 усилителя 2, охваченного отрицательной обратной связью. Это приводит к тому, что напряжение на выходе устройства незначительно отличается от входного. При размыкании ключей 4 и 6 и замыкании ключа 5 устройство переходит в режим хранения. Обратная связь, охватывающая усилитель 1 с выхода на его инвертирующий вход 12, в данном режиме не действует, поскольку всякое изменение напряжения на выходе усилителя 1 прикладывается одновременно к его инвертирующему входу 12 и к неинвертирующему входу 10. Напряжение на конденсаторе 3 после размыкания ключа 6 продолжает сохраняться, так как, ес ли входы 10 и 18 соответственно усилителя 1 14-повторителя 7 высокоомные, а ключ 6 разомкнут, то в устройстве все возможные цепу разряда имеют весь ма большие постоянные времени. Напряжение на вкходе усилителя 1 изменяется незначительно ввиду действия отрицательной обратной связи, охватывающей устройство через замкнутый ключ 5. На выходе усилителя 1 возникает по ложительное приращение напряжения, на выходе повторителя 7 напряжение практически не изменяется, так как повторитель 7 не реагирует на синфазный сигнал. Усилитель 2 при неизменном сигнале на входах 13 и I представляет собой инвертор. Приращение напряжения на входе 15 усилителя 2 инвертируется, а затем усиливается усилителем 1, который вырабатывает на выходе сигнал, противоположный возмущению. Если напряжение на выходе усилителя 1 при переходе в режим хранения изменяется незначительно, а конденсатор 3, как показано, сохраняет свой заряд, то ключ 6 в режиме хра1нения оказывается под напряжением, близким к нулю. Так же как и в известном устройстве, это позволяет минимизировать погрешности переключения и погрешности, связанные с разрядом конденсатора 3. Таким образом, при переходе в режим хранения конденсатор 3 сохраняет свой заряд, а на выходе устройства воспроизводится постоянное напряжение равное мгновенному значению входного в момент переключения устройства. Повторитель 7 напряжения в режиме выборки не включен в цепь заряда конденсатора 3 и не влияет на быстродействие устройства. К нему также не предъявляются жесткие требования по точности, так как его погрешности подавляются в режиме хранения примерно в К1/2 раз, где К1 - коэффициент усиления усилителя 1 по парам входов 9 и 11. Предложенное устройство по сравнению с известным обладает более высоким быстродействием, что достигается путем исключения вспомогательного (третьего) усилителя из контура отрицательной обратной связи, охватывающей усилитель, в режиме выборки. Исключение вспомогательного (третьего) усилителя, содержащего, по меньшей мере, два каскада, исходя только из необходимости согласования уровней напряжений на его входе и выходе, позволяет существенно улучшить амплитудно-частотную характеристику устройства и качество переходного процесса в режиме выборки. Это выражается в уменьшении времени выборки и увеличении максимально допустимой частоты входного сигнала при заданных динамических погрешностях. Технико-экономический эффект от использования предложенного устройства выражается в увеличении быстродействия при сохранении высокой точности. Применение предложенного устройства в аналого-цифровом канале ввода в ЦВМ позволяет повысить производительность канала, т. е. количество информации, передаваемой в единицу времени. Формула изобретения Аналоговое -запоминающее устройство, содержащее первый усилитель, первый неинвертирующий вход которого соединен с выходами первого и второго ключей, вход первого ключа является входом устройства, второй усилитель, выход которого является выходом устройства и соединен с входом второго ключа , выход первого усилителя соединен с первым инвертирующим входом второго усилителя, второй инвертирующий вход которого соединен с входом ключа, накопительный элемент,.например конденСатор, третий ключ, шину нулевого потенциала, отличающеес ятем, что, с I целью повышения быстродействия устройства, в него введен повторитель напряжения, выход которого соединен с первым и вторым неинвертирующими

входам второго усилителя, второй неинвертирующий вход первого усилителя соединен с одним из обкладок конденсатора, с первым инвертирующим Входом повторителя и с входом третьего ключа, выЯод которого соединен с первым инвертирующим входом первого усилителя и с шиной нулевого потенциала, другая обкладка конденсатора соединена р вторым инвертирующим входом и с выходом первого усилителя, второй не

инвертирующий вход которого соединен с шиной нулевого потенциала, а, второй инвертирующий вход - с неинвертирующими входами второго усилителя.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

кл. G 11 С 27/00, опублик. 1969.

№ 611256, кл. G 11 С 27/00, 1976 (прототип) .