Аналоговое запоминающее устройство

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

Союз Советскнк

Соцналнстнческнк

Республнк

< 746740

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6I ) Дополнительное к авт. санд- ву— (22) Заявлено 05.04.78 (21) 2604997/18-24 (5I)M, Кл.

G ll С 27/00 с присоединением заявки Лв(23) Гоеударстеенный комитет

СССР

Приоритет

Опубликовано 07.07.80. Бюллетень ¹25 (53 ) УД К 681. 3 27..66(088,8) Ilo делам нзаоретеннй н открытнй

Дата опубликования описания 10.07.80 (72) Авторы изобретения

В. Л. Кожемякин и М. А. Радько (71) Заявитель (54) АНАЛОГОВОЕ ЗАПОМИНАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО

Изобретение относится к измеритель. ной технике и может быть использовано в амплитудных вольтметрах, а также в преобразователях амплитуды колебаний в интервалах времени, в том числе логарифмических.

Известно аналоговое запоминающее устройство, содержащее операционный усилитель, неинвертирующий вход которого подключен ко входу устройства, накопительный элемент, например конденса1О тор, одна обкладка которого соединена со входом истокового повторителя и .через нелинейный элемент с выходом операционного усилителя, другая обкладка

15 конденсатора подключена к шине нулевого потенциала, а выход истокового повторителя подключен к инвертирующему вхоtty операционного усилителя (lj.

Недостатком этого устройства является наличие погрешности постоянной составляющей во входном сигнале и от дрей» фа нуля операционного усилителя, так как значение выходного напряжения устройства равно сумме амплитуды переменной составляющей входного сигнала, постоянной составляющей во входном сигнале и напряжения смещения нуля операционного усилителя.

Наиболее близким пз известных по технической сущности является аналоговое запоминающее устройство, содержащее операционный усилитель, двойной пиковый детектор, два повторителя напряжения и ключ, позволяющее устранить погрешность от наличия постоянной составляющей во входном сигнале и от дрейфа нуля операционного усилителя .путем запоминания размаха колебаний 2).

Однако устройство работоспособно, если амплитуда запоминаемых колебаний не превышает половины максимального выходного напряжения операционного усилителя, что приводит к уменьшению точ-. ности запоминания.

Это устройство, как и. предыдущее обладает также недостатком, заключающимся в том, что его выходное напряжение

6740 430

3 74 снимается с выкода повторителя, а не о накопительного элемента. Напряжение на накопительном элементе при этом будет равно сумме амплитуды (размаха) колебаний входног о сигнала с некоторой квазипостоянной составляющей, равной напряжению между входом и выходом повто-рителя. Это не позволяет использовать такие устройства, например, при логарифмическом преобразовании запомненного. значения сигнала в интервале времени.

Кроме того, устройство обладает сравнительно низким входным сопротивлением, так как в нем петля отрицательной обратной связи образуется резистивным делителем, сопротивление которого для получения удовлетворительной точности должно быть выбрано во много раз меньшим, чем входное сопротивление операционного усилителя. Это не позволяет подключать его к цепям, имеющим выходное сопротивление (например, к пьезоэлектрическим преобразователям и. т. п.) .

Цель изобретения — повышение точности и расширение области применения аналогового запоминающего устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в аналоговое запоминающее устройство, содержащее операционный усилитель, неинвертирующий вход которого соединен со входом устройства, последовательно включенные ограничительные нелинейные элементы и накопительные элементы, шины управления и сброса, и шину нулевого потенциала, в него введены формирователь, ключи и элемент

И-НЕ, И-ИЛИ, И и НЕ, вход которого подсоединен к шине управления, одному из входов первого ключа, одним из входов первого и второго элементов И, эле-, мента И-НЕ и первым входом элемента

И-НЕ, другие .входы элементов И и -HE соединены со вторым входом элемента

И-ИЛИ и одним из выходов формирователя, другой выход которого соединен с другим входом второго элемента И, вход формирователя подключен к неинвертирующему входу операционного усилителя, инвертирующий вход которого соединен с другим входом первого ключа и выходом второго ключа, один из входов второго ключа соединен с выходом элемента НЕ, другой вход второго ключа соединен с

" "--" — выходом операционного усилителя и одним из входов третьего и четвертого ключей, другие вкоды которых подключены соответственно к выходам элементов И, выходы третьего и четвертого ключей сое5

25 динены со входами ограничительных нелинейных элементов соответственно, выход первого ключа соединен со входами накопительных элементов и одним из входов пятого клкча, другой вход которого

Ф соединен с шиной сброса и третьим входом элемента И«ИЛИ, выход элемента

И-ИЛИ под=оединен к одному из входов., шестого ключа, другой вход которого соединен с выходом устройства и выходом первого накопительного элемента, выход шестого ключа соединен с шиной нулевого потенциала, выходом пятого ключа и выходом седьмого ключа, один из входов которого соединен с выходом второго накопительного элемента, другой вход седьмого ключа соединен с выходом элемента И-НЕ.

На чертеже представлена функциональная схема предложенного устройства.

Оно содержит операционный усилитель

1, накопительные элементы 2, 3, ограничительные нелинейные элементы 4, 5, ключи 6-12, формирователь 13, элемент,; 14, 15 И, элемент 16 НЕ, элемент

17 И-ИЛИ, шина 18 управления, шина

19 сброса, элемент 20 И-НЕ, г1гина 21 нулевого потенциала.

Устройство работает следующим обраэом.

Устанавливают его в исходное состояние для чего при отсутствии импульса управления на шине 18 открываются ключи 14 и 15. С поступлением по шине

19 импульса установки устройства в исходное состояние открываются ключи 10 и 11, Накопительные элементы 2 и 3 при этом соединяются через ключи 12, l0 и 11 с шиной нулевого потенциала

21. C помощью ключа 7 выход операционного усилителя 1 соединяется с его инвертирующим входом, При этом операционный усилитель 1 переводится в режим повторителя, что исключает воэглож ность его насыщения при размыкании ключей 8, 9 и 6.

Функционирование устройства начинается при поступлении на его вкод 22 запоминаемого сигнала, а на шину управления 1 8 - импульса управления, длительность которого равна одному периоду следования запоминаемого сигнала. При поступлении положительнык полупериодов запоминаемого сигнала нв входе 22 устройства будет появляться сигнал на неинве рсн ом выходе формирователя 1 3, а при поступлении отрицательных полупериодов - на инверсном выходе этого форми5 7467 рователя. С поступлением импульса управления на шину 18 закрывается ключ 7, разрывая цепь отрицательной обратной

Ф связи операционного усилителя 1 и открывается ключ 6, подключая, выходы элементов 4 и 6 к инвертирующему входу операционного усилителя 1. Если передний фронт импульса управления совпадает с началом положительного полупериода запоминаемого сигнала, элемен- 10 том 14 И выделяется импульс, совпадающий по времени с положительным полупериодом запоминаемого сигнала, котоI рый открывает ключ 8 в тот же момент времени, когда закрывается ключ 7 и И открывается ключ 6. При этом замыкает ся цепь обратной связи операционного усилителя 1 через ключ 8, нелинейный элемент 4 и Кпюч 6. Так как нелинейный элемент (диод) 4 подключен анодом к 20 выходу операционного усилителя 1, а ключ 12 замкнут, при возрастании положительного напряжения запоминаемого сигнала на входе устройства, на накопительном элементе 2 напряжение также будет расти в соответствии с изменением напряжения запоминаемого сигнала, Так как коэффициент отрицательной обратной связи цепи - операционный усилитель 1, нелинейный элемент 4 практически при 30 этом равен единице, то коэффициент уси.ления этой цепи близок к единице. Поэтому напряжение на элементе 2 будет повторять напряжение запоминаемого сигнала до тех пор, пока напряжение на инверти- ц рующем входе операционного усилителя 1 не начнет уменьшаться. При этом уменьшается напряжение и на выходе операционного усилителя 1. Нелинейный элемент (диод) 2 при этом оказывается включен- 40 ным в обратном направлении и закрывается, разрывная цепь отрицательной обратной связи. Напряжение на выходе операционного усилителя будет изменяться по закону. 45 где U „- значение амплитуды полоаМПЛ. жительного полупериода запоминаемого (переменного) сигнала;

Uno » - пбстоянная составляющая во входном сигнале, включающая в себя и напряжение смещения нуля операционного усилителя 1.

С началом отрицательного полупериода запоминаемого сигнала ключ 8 закрывается, а импульсы с инверсного выхода формирователя 13, поступаюшим через элементы 15 И, 17 И-HJIH и 20 И-НЕ открываются соответствующие ключи 9 и 11 и, закрывается ключ 18. Так как при этом нелинейный элемент 5 оказывается подключенным к выходу операционного усилителя 1 катодом, элемент 3 запоминает амплитудное значение отрицательного полупериода входного сигнала аналогично вышеописанному

U «О =U 0, ОЬ В) аПЛПЛ ПОст где U — значение амплитуды отриОМО Л цательного полупериода запоминаемого (-переменного) сигнала.

После окончания импульса управления ключи 9 и 11 закрываются, а выходным сигналом элемента 20 И-НЕ открывается ключ 12. Элементы 2 и 3 оказываются включенными последовательно между шиной нулевого потенциала 21 и выходомустройства. Так как напряжения накопительных элементов 2 и 3 при этом вычитаются, выходное напряжение устройства будет равно размаху запоминаемого (переменного) сигнала.

Постоянная составляющая во входном сигнале и напряжение смешения нуля операционного усилителя при этом исключается из запоминаемого значения напряжения.

Сигналом с выхода 16 НЕ вновь открывается ключ 7, замыкая отрицательUsga = Фвх- с,),(1) где к - коэффициент усиления операционного усилителя без отрицательной обратной связи (к>>1 ); О - текущее значение напряжения на выходе устройства; ц — напряжение на элементе 2, Ср равное максимальному значе« нию входного напряжения с2 = 4х такТак как выход операционного усилителя 1 отключается от элемента 2, нап40 6 ряжение на нем остается квазипостоянным. С уменьшением входного напряжения выходное напряжение операционного усклителя 1 также будет уменьшаться и вскоре достигнет уровня насыщения.

Элементом 2 будет запомнено максимальное значение амплитуды положительного полупериода напряжения входного сигнала. т

С2. ы тттоц сдлп л. noc» r

=0 -0 =0 . -О, (4)

Яь К с2, с3 О мпА. с(мйл.

7 7467 ную обратную связь операционного усилителя 1 и выводя его в режим повторителя.Наличие в схеме аналогового запоминающего .устройства формирователя, логи-ческих элементов И, И-НЕ, И-ИЛИ, НЕ и

° аналоговых ключей, а также их соединэние, позволяет повысить точность запбмина ния в два раза * по сравнЕнию с известным устройством, так .как предлагаемое уст- 0 рояСтво может оперйровать с входным сигналом амплитудой, в два раза превышакицей максимально возможную. амплитуду входного сигнала известного устройства. 15

При использовании в предлагаемом устройстве операционного усилителя с полевыми транзисторами на выходе, входное сопротивление может быть 150 мОм и более, в то же время в устройстве, 20 собранйом йо схеме""прототипа и при точности запоминания 1%, оно не превышает единиц мОм, Формула изобретения

Аналоговое запоминающее устройство, содержащее операционный усилитель, неинвертирун>щий вход которого соединен

30 со входом устройства, последовательно включенные ограничительные нелинейные

"91leQeHTbl и накопительные елеяейты, шины управления и сброса и шину нулевого потенциала, отличающееся З5 " тем, что с целью повышения точности и расширения области применения устройства, в него введены формирователь, ключи и элементы И-НЕ, И-ИЛИ, И и НЕ, вход которого подсоединен к шине управления, 40 оИнояу иэ входов первого ключа, одним из входов первого и второго элементов

И, элемента -HE и первым входом эле мента И»ИЛИ, другие входы элементов

40 8

И и И-fk соединены со вторым входом элемента И-ИЛИ и одним из выходов формирователя, другой выход которого соединен-с другим входом второго элемента И, вход формирователя подключен к неинвертирующему входу операционного усилителя, инвертирующий вход которого соединен с другим входом первого ключа и выходом второго ключа, один иэ входов второго ключа соединен с выходом элемента НЕ, другой вход второго ключа соединен с выходом операционного усилителя и одними из входов третьего и четвертого ключей, другие входы которых подключены соответственно к выходам элементов

И, выходы третьего и четвертого ключей соединены со входами ограничйтельных нелинейных элементов соответственно, выход первого ключа соединен со входами накопительных элементов и одним их входов пятого ключа, другой вход которого соединен с шиной сброса и третьим входом элемента И-ИЛИ, выход элемента

И-ИЛИ подсоединен к одному из входов шестого ключа, другой вход которого соединен с выходом устройства и выходом первого накопительного элемента, выход шестого ключа соединен с шиной нулевого потенциала, выходом пятого ключа и выходом седьмого ключа, один- иэ входов которого соединен с выходом второго накопительного элемента, другой вход седьмого ключа соединен с выходом элемента

И-HE..

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Типовые функциональные элементы автоматики на интегральных усилителях.

Приборы и системы. управления . 1973, М 7.

2. Волгин Л, И. Измерительные преобразователи переменного напряжения и постоянное. М., "Советское радио, 1977, с. 191 (прототип).

746740

Составитель A. Воронин

Редактор И. Ковальчук ТехредТЛевадская Корректор Г. Назарова

Заказ 4112/22 Тираж 662 - Подписное

HHHHHH Государственного комитета СССР но делам изобретений и открытий

11/035, Москва, Ж-35, Раущская наб., д. 4/S филиал ППП "Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4