Аналоговое запоминающее устройство

 

О Г1 И С Д Н И Е п11769632

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 26.12.77 (21) 2559483/18-24 с присоединением заявки № (23) Приоритет (51) M. Кл.в

G 11С 27/00

Государственный комитет (43) Опубликовано 07.10.80. Бюллетень № 37 (53) УДК 681.327.66 (088.8) по делам изобретений и открытий (45) Дата опубликования описания 07.10.80 (72) Автор изобретения

В. И. Кабанов (71) Заявитель

Изобретение относится к области аналоговой техники и может быть использовано в системах управления медленно протекающими процессами, в частности, для построения аналоговых решающих устройств стабилизации температурного режима в регенеративных теплообменных аппаратах воздухоразделительных установок.

Известно устройство (1), используемое для запоминания аналоговых сигналов, которое содержит накопительный конденсатор для хранения уровня напряжения аналогового сигнала. В цепи запоминания аналогового сигнала содержится в качестве накопительного элемента конденсатор и подключенные к нему со стороны входного сигнала последовательно твердотельный переключающий элемент и контакт электромеханического реле. С другой стороны к конденсатору параллельно подключен преобразователь аналогового сигнала. Недостатком этой схемы является то, что уровень запоминаемого сигнала накопительным конденсатором изменяется во времени, т. е. он уменьшается за счет утечки тока по входной цепи выходного преобразователя и за счет саморазряда накопительного конденсатора, вызванного неидеальностью его диэлектрика.

B современных устройствах запоминания аналогового сигнала в качестве иреобразователей применяют операционные усилители, включенные по схеме интегратора с накопительным конденсатором в цепи обрат5 ной связи (2, 3).

Наиболее близким из известных по технической сущности к изобретению является аналоговое ЗУ (3), содержащее операционный усилитель. В цепи обратной связи ycu1ð лителя включены два конденсатора и резистор, который в режиме хранения отключен.

Экспериментальная проверка этих устройств показала, что при длительном запо15 минании аналогового сигнала его уровень заметно деградирует, т. е. увеличивается, причем прирост запоминаемого уровня напряжения возникает за счет интегрирования (в режиме хранения) остаточного напряжения, т. е. напряжения смещения нуля во входной цепи операционного усилителя, вызванного невозможностью абсолютной балансировки входной дифференциальной пары его. При больших скоростях переключения и малых временах хранения аналогового сигнала изменение его уровня практически незаметно, а при больших временах хранения уровень запоминаемого напряжения изменяется настолько сильно, что ЗУ

Зр теряет работоспособность, 769632

Ц елью изобретения является повышение точности работы устройства и его упрощение.

Поставленная цель достигается тем, что в аналоговом ЗУ, содержащем накопительный элемент, например конденсатор, одна из обкладок которого подключена к выходу операционного усилителя и одному из выводов первого пассивного элемента, неинвертирующий вход операционного усилителя соединен с шиной нулевого потенциала, ключ и второй пассивный элемент. Другая обкладка конденсатора соединена с инвертирующим входом операционного усилителя и выходом ключа, первый выход которого через второй пассивный элемент соединен со входом устройства. Второй вход ключа соединен с другим выводом первого пассивного элемента.

На чертеже представлена функциональная схема предложенного устройства.

Оно содержит операционный усилитель 1, накопительный элемент, например, конденсатор 2, пассивные элементы, например резисторы 3 и 4, ключ 5. Позиции б и 7— входы ключа, 8, 9 — выходы и 10 — выход усилителя 1.

Рассмотрим работу предложенного устройства при подаче на его вход аналогового сигнала U»(t) в виде скачка напряжения, равного

0 при t=0

+E, при t )О.

В момент подачи управляющего сигнала

U,ð на ключ 5, т. е. при t = t>, последний сработает, и переключающий контакт отключит от инвертирующего входа 8 усилителя 1 резистор 4 в цепи входного аналогового сигнала U,x(t) и подключит ко входу 8 и, следовательно, параллельно конденсатору 2 резистор 3. После этого в интервале времени от t< до t> устройство работает не в режиме интегрирования, а в режиме хранения запомненного уровня напряжения Уь сформировавшегося на выходе 10 в момент времени 1=1ь На протяжении всего интервала времени Л1 = 4 — 4 выходное напряжение будет постоянным и равным U„„-=U — const. При снятии сигнала управления с ключа 5 его переключающий контакт снова отключает от входа 8 резистор Зи подключает к нему резистор 4, поэтому при t) 4 устройство опять работает в режиме интегрирования. В режиме запоминания аналогового сигнала, т. е. при

4(Х(4 уровень запоминаемого напряжения остается постоянным длительное время благодаря шунтирующему действию резистора 3 на конденсатор 2, так как прирост уровня запоминаемого аналогового сигнала, возникающий за счет интегрирования остаточного напряжения смещения нуля во входной цепи усилителя 1, компенсируется спадом уровня запоминаемого аналогового

65 сигнала, вызванным частичным разрядом конденсатора 2 через резистор 3, который шунтирует конденсатор 2 только на время запоминания аналогового сигнала, т. е. при

ti(t(4.

Абсолютная балансировка входной дифференциальной пары транзисторов усилителя 1 практически невозможна, Вследствии этого даже очень малые величины остаточного напряжения смещения нуля во входной цепи за длительный период хранения запоминаемого сигнала приводят к значительному изменению его уровня на величину ошибки АУ= И вЂ” U< за время At, которая соизмерима с величиной возможного изменения полезного выходного напряжения. По этой причине традиционные устройства и, в частности, прототип не могут выполнять функций запоминания уровня аналогового сигнала при длительном его хранении. Подключение резистора 3 в предложенном устройстве позволило обеспечить длительное хранение запоминаемого аналогового сигнала без изменения его уровня, т. е. повысить точность сохранения запоминаемого уровня напряжения простыми средствами, а именно введением одного резистора.

Экспериментальная проверка предложенного устройства показала, что величина сопротивления резистора 3 должна подбираться для конкретных условий. Так, например, в устройстве запоминания аналогового сигнала с использованием операционного усилителя 1 типа К284Д1А с полевыми транзисторами во входном дифференциальном каскаде, с параметрами времязадающей

RC-цепи для режима интегрирования: резистор 4 имеет сопротивление 20 ГОм, а конденсатор 2 — емкость 0,1 МКФ в режиме хранения запоминаемого напряжения с уровнем Умных — — У = 1 В была получена ошибка сохранения его за 15 мин. в размере AU = 0,4 В, т. е. уровень выходного напряжения за 15 мин. стал равным 1,4 В, относительно нулевой шины, что недопустимо, хотя то же устройство пр работе в режиме запоминания аналогового сигнала в течении малого времени, т. е. в миллисекундном диапазоне, работает нормально, так как за малые времена хранения уровня напряжения прирост его практически не заметен.

При испытании предложенного устройства, с теми же параметрами, как в предыдущем эксперименте, но с введенным резистором 3 сопротивлением 1000 ГОм было установлено, что в режиме хранения запоминаемого напряжения его уровень практически остается постоянным. Так, например, за период хранения Л1 = 25 мин величина выходного напряжения сохраняется на уровне

U», =1 B=const, т. е. ошибки не было и, следовательно, AU 0.

769632

Формула изобретения

Vip

Составитель А. Воронин

Техред А. Камышникова

Редактор Л. Утехина

Корректор P. Беркович

Заказ 1998/12 Изд. № 496 Тираж 673 Подписное

НПО «Поиск» Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, 7К-35, Раушская наб., д. 4,5

Типография, пр. Сапунова, 2

Эффективность изобретения заключается в том, что простыми средствами (введение одного резистора) достигнуто значительное повышение точности сохранения запоминаемого уровня аналогового сигнала в тече- 5 ние длительного времени (в секундном и минутном диапазонах).

Аналоговое запоминающее устройство, содержащее накопительный элемент, например конденсатор, одна из обкладок которого подключена к выходу операционного усилителя и одному из выводов первого 15 пассивного элемента, неинвертирующий вход операционного усилителя соединен с шиной нулевого потенциала, ключ и второй пассивный элемент, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности работы устройства и его упрощения, в нем другая обкладка конденсатора соединена с инвертирующим входом операционного усилителя и выходом ключа, первый вход которого через второй пассивный элемент соединен со входом устройства, второй вход ключа соединен с другим выходом первого пассивного элемента.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент ФРГ № 1524897, кл. Q 11С

27/00, опублик. 1975.

2. Шило В. Л. Линейные интегральные схемы, М., «Советское радио», 1974, с. 260, рис. 8, llа.

3. Авторское свидетельство СССР № 193174, кл. G 11С 27/00, 1967 (прототип) .