Аналоговое запоминающее устройство

 

(72) Автор. изобретения

В.С. Плеханов (7I ),заявитель

Новосибирский электротехнический институт (54) АНАЛОГОВОЕ ЗАПОМИНАЮЩЕЕ

УСТРОЙСТВО

Изобретение относится к аналоговой технике и может быть использовано в регистраторах быстропротекающих процессов в качестве фиксатора мгновенного значения аналогового сигнала.

Известно аналоговое запоминающее устройство, содержащее дифференциальный усилитель, генераторы стабильного тока, токовые ключи, токовый инвертор, эмиттерный повторитель, запоминакиций конденсатор и истоковый повторитель (11.

Однако для реализации указанного устройства требуется неоправданно .большое количество элементов-.

Наиболее близким.к предлагаемому является аналоговое запоминающее устройство, содержащее дифференциальный усилитель, токовый инвертор, запоминающий конденсатор, операционный усилитель, генератор стабильного тока и токовый ключ. В. этом. устройстве стробируемый дифференциальный усилитель первым своим выходом соединен с выходом токового инвертора, с одной из обкладок запоминающего конденсатора и с инвертирукицим входом операционного усилителя. Вторым своим выходом дифференциальный усилитель соединен со входом токового инвертора. Выход операционного усилителя соединен с другой обкладкой заноминающего конденсатора и с

10; выходной клеммой устройства. Инвертнрующий и - неинвертирующий входы дифференциального усилителя соединены соответственно со входной и с выходной клеммами устройства. В цепи

15 эмиттерного питания дифференциального .усилителя включены последовательно токовый ключ и генератор стабильного тока (2 ).

В данном устройстве при переходе

20 от режима слежения к режиму хранения не обеспечивается равенства между тем мгновенным значением сигнала, которое подлежит фиксации и тем значени868839

35 ем, которое оказывается на выходе устройства после его фиксации. Образующаяся при этом "ступенька" выходного напряжения возникает из-за несинхронности выключения токов дифференциаль" ного усилителя и токового инвертора, действующих на входе операционного усилителя, и снижает точность устройства.

Цель изобретения — повышение точности устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в аналоговое запоминающее устройство, содержащее накопительный элемент, например конденсатор, одна из обкладок которого соединена с первым выходом дифференциального усилителя, с выходом токового инвертора и с первым входом операционного усилителя, генератор тока, вход которого соединен с первой шиной питания, а выход — со входом ключа, выход ключа соединен с первым входом дифференциального усилителя, второй вход которого подключен ко входу устройства, а третий вход — к выходу устройства и к выходу операционного усилителя, первый вход токового инвертора соединен со второй шиной питания, введен элемент с нелиней30 ной характеристикой, например, диод, анод которого подключен ко второму входу токового инвертора, а катод— ко второму выходу дифференциального усилителя, ко второму входу операционного усилителя и к другой обкладке конденсатора.

На чертеже представлена функциональная схема предлагаемого устройства.

Оно содержит дифференциальный усилитель l токовый инвертор 2, элемент с нелинейной характеристикой, например диод 3, накопительный элемент, например конденсатор 4, операционный усилитель 5, ключ 6, генера- 45 тор 7 тока и шины 8 и 9 питания.

Устройство работает следующим образом.

Исходным состоянием устройства считается режим слежения, поскольку 50 он, во-первых, является стационарным, во-вторых, предшествует тем переходным процессам, в которых проявляется положительный эффект изобретения. Охарактеризуем исходное состояние.

1. Рассогласование следящего кон: тура - величина второго поряд4 ка малости по отношению к величине сигнала. В противном случае имеют дело с некоррект. ной постановкой задачи фиксации мгновенного значения сигнала.

2. В силу малости сигнала рассогласования следящего контура, имеет место слабое возмущение равновесия коллекторных токов дифференциального усилителя 1.

3. Поскольку токовый инвертор 2 имеет коэффициент передачи по току 1, то на обкладках конденсатора 4 имеет место практическо" равновесие втекающих и вытекающих токов.

4, Транзисторы токового инвертора

2, включенные по схеме с общим эмиттером, о крайней мере, на порядок более инертны, чем транзисторы дифференциального усилителя 1, которые в период коммутации эмиттерного тока ведут себя как транзисторы, включенные по схеме с общей базой.

5. Транзисторы токового инвертора

2 к моменту коммутации обладают зарядом, накопленным в база-эмит. терных переходах, по крайней мере, на порядок большим, чем заряд переключения диода 3.

Итак, с некоторой задержкой после . момента отключения генератора тока 7, коллекторные токи дифференциального усилителя 1 начинают экспоненциально убывать с некоторой постоянной времени 1 . Величина выходного тока инвертора 2 является неизменной, и это объсняется пунктом 4 условий исходного состояния устройства. Пунктом 5 объясняется отсутствие в схеме эквивалента входной цепи токового инвертора 2. Учитывая пункт 2 исходного состояния чствойства, записывают :

t р оР е с> где 30 — эмиттерный ток ди,фференциального усилителя 1, и J — коллекторные токи транзисЯ торов усилителя 1.

Пользуясь пунктом 3 исходного состояния устройства, записывают: >Q.= 01

Ток в цепи диода 3 равен: е

a„= „+ç -з = (2. e - ), М где 1 — ток инвертора 2.

868839

15

30

0 1 р ) пр»» q c t ) /Ъ

2:

-г

35 р)

rltlM 4 3 1

45

Присутствие конденсатора 4 в цепи токов Т и I здесь не учитывается, поскольку процесс фиксации весьма короток. Выражение (3) имеет смысл только при положительных значениях правой части, поскольку диод 3 не проводит ток обратного направления.

Это означает,, что эквивалентная схема цепей переэаряда конденсатора 4 в период коммутации правомерна только до некоторого момента времени „, при котором правая часть ныражейия (3) обращается в нуль:

t- =С-8п1 Ж

В момент запирания диода 3 напряжение "база.-коллектор" выходного транзистора инвертора 2 резко падает.

Инвертор 2 утрачивает свойства генератора 7 тока, т.е. с этого момента он обладает низким выходным сопротивлением. На этом заканчивается первая стадия процесса фиксацииа

Длительность второй стадии фиксации в принципе не ограничена, однако, достаточно (4+5)t,÷òîáû I был пренебрежимо мал. На этом завершается процесс фиксации.

Паразитные коммутационные токи, протекающие через конденсатор 41описываются следуннцим образом:

Можно оценить ошибку устройства в зарядовом выражении: э .Вр (ь)

0м

Этот результат не учитывает инерционных свойств диода 3. Эаряд переключения реального диода, необходии»й для преодоления его начальной обратной .проводимости, является причиной для задержки первой стадии процесса фиксации. Полная ошибка устройства, в зарядовом:выражении, может быть оценена:как:

1 o . + - -. (6 -4), (V)

0 1»i 0lli Й где д - эффективное время переклю55 чения диода 3. Реально осуществимые величины отношения „ находятся .в диапазоне Ь, I+ 0,3.

Оценивают ошибку известного устройства тоже в зарядовом выражении, и сравнивают ее с ошибкой предлагаемого устройства. Ошибка в известном устройстве возникает из-sa несинхронности выключения взаимно компенсирующих токов дифференциального усилителя и токового инвертора, действующих на входе операционного усилителя., Эта несинхронность возникает из-эа задержки распространения сигнапа о выключении коллекторного тока дифференциального усилителя по контуру, включающему в себя токовый инвертор. Величину этой задержки можно оценить величиной 71 -постоянной времени установления коэффициента передачи токового ннвертора. Отсюда

Оош (известного) = < . с . (И

Поскольку, по крайней мере, на порядок больше С, то.ф -„о. l, >y 0 (Г.9 1+ (0 +0,6))=(0ш О) при прочих равных условиях, т.е.предлагаемое устройство обладает более высокой точностью, чем известное.

Таким образом, благодаря тому, что диод 3 исключает прохождение паразитного тока инвертора 2 через конденсатор 4 после отсечки выходных токов дифференциального усилителя 1, инерционность токового инвертора 2 не оказывает существенного влияния на точность процесса фиксации мгновенного значения отслеживаемого напряжения, а значит, точность предлагаемого устройства выше, чем у известного.

Формула изобретения

Аналоговое запоминающее устрой ство, содержащее накопительный элемент, например, конденсатор, одна из обкладок которого соединена с первым выходом дифференциального ycam-. теля, с выходом токового инвертора и с первым входом операционного уси.лителя, генератор тока, вход которого соединен с первой шиной питания, а выход — со входом ключа, выход ключа соединен с первым входом дифференциального усилителя, второй вход которого подключен ко входу устройства, а третий вход — к вы868839

&х.

Составитель А. Воронин

Редактор Е. Спиридонова Техред А; Савка Корректор С. Шекмар

Заказ 8340/75 Тираж 648 Подписное

ВНИИПИ Государственного коьятета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Иосква, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

7 ходу .устройства и к выходу пперационного усилителя, первый вход токового инвертора соединен со второй анной питания, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повьппення точности устройства, в него введен элемент с нелинейной характеристи,кой, например, диод, анод, которого подключен ко второму входу токового инвертора, а катод — ко второму выходу дифференПиального усилителя, 8 ко второму входу операционного усилителя и к другой обкладке конденсатора.

Источники информации, принятые во внимание прн экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

В 334572, кл. G 06 G 7/ОЗ, 1969.

2. Приборы и элементы автоматики и вычислительной техники, Экспрессинформация., вып. 28, 1974, с. 16 (прототип) .