Аналоговое запоминающее устройство

 

Изобретение относится к электроизмерительной технике, в частности к устройствам для выборки и хранения мгновенных значений аналогового напряжения. Техническим результатом является точность выполнения операций выборки и хранения мгновенных значений указанного напряжения. Изобретение содержит два операционных усилителя, два конденсатора, резистор, три ключа, источник постоянного напряжения, компаратор, источник аналогового напряжения, формирователь импульсов, два логических инвертора, тактовый генератор, две логические ячейки 2И. 3 ил.

Изобретение относится к электроизмерительной технике, в частности к устройствам для выборки и хранения мгновенных значений аналогового напряжения.

Известны аналоговые запоминающие устройства, построенные на основе операционных усилителей (ОУ) и ключей (см. Данилов А. А. Устройства выборки-хранения: состояние разработки, пути совершенствования// Измерения, контроль, автоматизация. - 1986. - 4. - С. 29, рис. 5), особенностью которых является выполнение условия τ_стр≫ τ_з, (1) где τ_стр- интервал стробирования, τ_з- время заряда запоминающего конденсатора.

Недостатком таких устройств является возникновение погрешности выборки аналогового напряжения, связанной с тем, что за интервал стробирования входное напряжение меняется, что приводит к неоднозначности определения выходного напряжения (в пределах Δu (фиг. 1)), поскольку оно зависит от времени стробирования. Причем отмеченная погрешность является принципиально неустранимой в устройствах, для функционирования которых необходимо выполнение условия (1).

Наиболее близким к предлагаемому является аналоговое запоминающее устройство на основе интегрирующего ОУ (см. там же. - С. 28, рис. 4), которое принято за прототип. В таком устройстве производится слежение за входным напряжением в течение интервала стробирования, что позволяет, в принципе, исключить погрешность от неоднозначности определения выборки аналогового напряжения.

Недостатком прототипа является то, что исключение вышеотмеченной погрешности выборки возможно только при точном согласовании интервала стробирования и постоянной времени RC интегрирующего ОУ, т. е. за время стробирования его выходное напряжение будет равно входному (по абсолютной величине) только при условии τ_стр = RC. (3) При невыполнении условия (3) также возникает погрешность выборки мгновенного значения аналогового напряжения.

Сущность изобретения состоит в стремлении получить технический результат, заключающийся в повышении точности выполнения операции выборки и хранения мгновенного значения аналогового напряжения.

Указанный технический результат достигается тем в известном аналоговом запоминающем устройстве, содержащем первый ОУ, неинвертирующий вход которого заземлен, первый конденсатор, включенный между выходом и инвертирующим входом первого ОУ, резистор, подсоединенный между инвертирующим входом первого ОУ и первым ключом, второй ключ, подсоединенный параллельно первому конденсатору, особенность заключается в том, что другой вывод первого ключа подсоединен к источнику постоянного напряжения, выход первого ОУ соединен с неинвертирующим входом компаратора, инвертирующий вход которого соединен с источником аналогового напряжения, а выход подключен к входу формирователя импульсов, выход первого ОУ через третий ключ соединен с неинвертирующим входом второго ОУ, соединенным также через второй конденсатор с земляной шиной, инвертирующий вход второго ОУ соединен с его же выходом, являющимся выходом аналогового запоминающего устройства, выход формирователя импульсов соединен с входом управления третьего ключа, а также через первый логический инвертор - с входами первой и второй логических ячеек 2И, к второму входу первой ячейки 2И подсоединен выход тактового генератора, а ее выход соединен с входом управления первого ключа, второй вход второй логической ячейки 2И через второй логический инвертор соединен с выходом тактового генератора, а ее выход подключен к входу управления второго ключа.

Проведенный анализ уровня техники позволил установить, что заявителем не обнаружено аналога, характеризующегося признаками, тождественными всем признакам заявленного изобретения, а определение из перечня аналогов прототипа позволило выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном устройстве, изложенных в формуле изобретения. Следовательно, заявляемое изобретение соответствует условию "новизна".

Для проверки соответствия заявленного изобретения условию "изобретательский уровень" заявитель провел дополнительный поиск известных решений, чтобы выявить признаки, совпадающие с отличительными от прототипа признаками заявленного устройства. Результаты поиска показали, что заявленное изобретение не вытекает для специалиста явным образом из известного уровня техники, поскольку из уровня техники, определенного заявителем, не выявлено влияние предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований на достижение технического результата. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "изобретательский уровень".

На чертежах представлено: на фиг. 1, 3 показаны временные диаграммы напряжений, поясняющие работу устройства, на фиг. 2 приведена схема устройства.

Запоминающее устройство (фиг. 2) содержит первый ОУ 1, первый конденсатор 2, резистор 3, первый 4 и второй 5 ключи, источник постоянного напряжения 6, компаратор 7, формирователь импульсов 8, третий ключ 9, второй ОУ 10, второй конденсатор 11, первый 12 и второй 13 логические инверторы, первая 14 и вторая 15 логические ячейки 2И, тактовый генератор 16.

Принцип работы устройства изложен ниже и поясняется временными диаграммами (фиг. 3), на которых показаны: выходное напряжение u₁₆ тактового генератора 16 (фиг. 3, а), выходное напряжение u₁ ОУ 1 и входное напряжение устройства (фиг. 3, б), выходное напряжение u₈ формирователя импульсов 8 (фиг. 3, в), выходное напряжение ₁₂ первого логического инвертора 12 (фиг. 3, г), выходное напряжение u₁₃ второго логического инвертора 13 (фиг. 3, д), выходное напряжение u₁₄ первой логической ячейки 2И 14 (фиг. 3, е), выходное напряжение u₁₅ второй логической ячейки 2И 15 (фиг. 3, ж).

В момент времени t₁ (фронт тактового импульса), как будет показано ниже, первый ключ 4 замкнут и напряжение отрицательной полярности с выхода источника 6 поступает на вход интегрирующего ОУ, содержащего первый ОУ 1, первый конденсатор 2, резистор 3. Второй ключ 5 в это время разомкнут и напряжение u₁ на выходе ОУ 1 меняется по линейному закону и имеет положительную полярность. В момент времени t₂ оно будет равно мгновенному значению аналогового входного напряжения (u_вх)_t=t2 устройства (фиг. 3,6) u₁= (u_вх)_t=t2. (4) В этот момент времени компаратор 7 переходит в состояние логической 1 и этим перепадом напряжения запускает формирователь импульсов 8, длительность выходного импульса которого равна τ₃₂= t₃-t₂ (фиг. 3, в).

Напряжения с выхода генератора 16 (фиг. 3, а) и с выхода первого логического инвертора 12 (фиг. 3, г) поступают на входы первой логической ячейки 2И 14, выходное напряжение которой показано на фиг. 3, е. Это напряжение подается на вход управления ключа 4, поэтому, как отмечалось выше, он замкнут только в интервале времени τ₂₁= t₂-t₁, а в момент времени t₂ ключ 4 размыкается, отключая источник 6 от входа ОУ 1. Конденсатор 2 запоминает напряжение, определяемое (4).

Импульс напряжения с выхода формирователя 8 (фиг. 3, в) поступает на вход управления третьего ключа 9 и напряжение (4) с выхода ОУ 1 запоминается на втором конденсаторе 11. Второй ОУ 10 включен по схеме повторителя напряжения и имеет большое входное сопротивление, поэтому напряжение u_вых на его выходе не изменяет своего значения и после размыкания ключа 9 в момент времени t₃. Таким образом, информация о выборке входного аналогового напряжения в момент времени t₂ в виде напряжения (4), имеющегося на конденсаторе 2, сохраняется в виде напряжения на конденсаторе 11, т. е.

u_вых= (u_вх)_t=t2, (5) причем процесс заряда конденсатора 11 осуществляется от "источника постоянного напряжения", роль которого в интервале времени τ₃₂ играет интегрирующий ОУ, выполненный на основе ОУ 1.

Напряжения u₁₂ (фиг. 3, г) с выхода инвертора 12 и u₁₃ (фиг. 3, д) с выхода инвертора 13 подаются на входы второй логической ячейки 2И 15, выходное напряжение которой показано на фиг. 3, ж. Оно подается на вход управления ключа 5, поэтому в интервале времени τ₄₃= t₄-t₃ конденсатор 2 разряжается, чем обеспечивается подготовка устройства для запоминания выборки аналогового напряжения в следующем такте в момент времени t₅ (фиг. 3, б). Но при этом выходное напряжение устройства (до момента времени t₅) не изменяется и описывается выражением (5).

Формирователь импульсов 8 может быть выполнен в виде ждущего мультивибратора или одновибратора, запускающегося перепадом напряжения компаратора 7.

Вышеизложенное позволяет сделать вывод о том, что в предлагаемом решении решена проблема неоднозначности определения выборки, имеющая место в известных устройствах (см. фиг. 1), и проблема необходимости точного согласования интервала стробирования и постоянной времени интегрирующего ОУ, имеющая место в прототипе (см. (2)), поскольку здесь необходимо только обеспечить условие τ₂₁ = t₂- t₁< τ₀, где τ₀- длительность тактового импульса (фиг. 3).

Таким образом, средство, воплощающее заявленное изобретение при его осуществлении, способно обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата, заключающегося в повышении точности выполнения операции выборки и хранения аналогового напряжения. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "промышленная применимость".

Формула изобретения

Аналоговое запоминающее устройство, содержащее первый операционный усилитель (ОУ), неинвертирующий вход которого заземлен, первый конденсатор, включенный между выходом и инвертирующим входом первого ОУ, резистор, подсоединенный между инвертирующим входом первого ОУ и первым ключом, второй ключ, подсоединенный параллельно первому конденсатору, отличающийся тем, что другой вывод первого ключа подсоединен к источнику постоянного напряжения, выход первого ОУ соединен с неинвертирующим входом компаратора, инвертирующий вход которого соединен с источником аналогового напряжения, а выход подключен к входу формирователя импульсов, выход первого ОУ через третий ключ соединен с неинвертирующим входом второго ОУ, соединенным также через второй конденсатор с земляной шиной, инвертирующий вход второго ОУ соединен с его же выходом, являющимся выходом аналогового запоминающего устройства, выход формирователя импульсов соединен с входом управления третьего ключа, а также через первый логический инвертор - с входами первой и второй логических ячеек 2И, к второму входу первой ячейки 2И подсоединен выход тактового генератора, а ее выход соединен с входом управления первого ключа, второй вход второй логической ячейки 2И через второй логический инвертор соединен с выходом тактового генератора, а ее выход подключен к входу управления второго ключа.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3