Аналоговое запоминающее устройство

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

c ) 943850 (61) Дополнительное к авт. свид-ву(22) Заявлено ll ° 12.80 (21) 3215557/18-24 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет

Р М К з

G 11 С 27/00

Государственный комитет

СССР по делам изобретеиий и открытий

133) УДК 681.327 ° .66(088.8) Опубликовано 150782. Бюллетень № 26

Дата опубликования описания 15. 07 . 82 (54) АНАЛОГОВОЕ ЭАПОИИНИОЩЕЕ УСТРОЙСТВО

Изобретение относится к вычисли- тельной и контрольно-измерительной технике и может использоваться в аналого-цифровых преобразователях, системах сбора данных, измерительных устройствах, системах автоматики и телемеханики.

Известно аналоговое запоминающее устройство, содержащее первый и второй усилители, ключи и накопительный элемент, например конденсатор, включенный через ключ между выходом первого усилителя и шиной нулевого потенциала $1).

Недостатком известного устройства является низкая точность, обусловленная прохождением части сигнала управления ключом на накопительный элемент. Поскольку к ключу, связывающему накопительный элемент с выходом первого усилителя, прикладывается входное напряжение, от величины которого изменяются параметры ключа, то погрешность от прохождения сигнала управления зависит от уровня входного напряжения и изменяется, как и входное напряжение, обычно непредсказуемо, что затрудняет выделение и компенсацию этой погрешности.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство, содержащее первый и второй усилители, вход первого усилителя соединен с входами первого и второго ключей, выходы которых подключе ны соответственно к входу устройства и объединенным выходу устройства и выходу второго усилителя, соединенного первым входом с шиной нулевого ,потенциала, а вторым входом — с входом третьего ключа, выход тре тьего ключа соединен с выходом устройства, и накопительный элемент, например конденсатор, включенный между выходом первого и вторымт входом второго усилителей. С замкнутыми первым и третьим ключами устройство работает в режиме выборки. При значительном коэффициенте передачи второго усилителя разность напряжений на его входах всегда близка к нулю. Первый вход второго усилителя соединен с шиной нулевого потенциала, поэтому на одной обкладке конденсатора и на выходе устройства, подключенным к второму входу усилителя, напряжение близко к нулю. При единичном коэффициенте передачи первого усилителя на другой обкладке

943850

65 конденсатора отслеживается входное напряжение. При изменении состояния ключей устройства на противоположное последнее переходит в режим хранения, а выходное напряжение скачком изменяется от нулевого до входного в момент переключения. Вход третьего ключа продолжает оставаться под близким к нулю напряжением, поэтому погрешность прохождения сигналов управления ключом не за- 10 висит от уровня входного сигнала (2), Однако выход третьего ключа соединен с выходом устройства и через проходную емкость ключа проникает часть скачка выходного напряжения, определяемая уровнем входного сигнала. Эта составляющая погрешности устройства изменяется произвольным способом и снижает точность. Посскольку в режиме хранения третий ключ работает под входным напряжением, точность хранения является низкой из-за утечек токов через этот ключ и перезарядка ими накопительного элемента. Помимо этого, скачок напряжения на выходе устройства приводит к значительным переходным процессам и большому времени установления выходного Напряжения в пределах заданной точности, что означает низ- щ кое быстродействие известной схемы.

Целью изобретения является повышение точности и быстродействия устройства.

Поставленная цель достигается тем, З5 что в аналоговое запоминающее устройство, содержащее первый усилитель, вход которого соединен с выходами первого и второго ключей, накопительный элемент, например конденсатор, одна из обкладок которого соедйнена с первым выходом первого усилителя, а другая - с выходом третьего ключа и с первым входом второго усилителя, выход которого соединен с входом второго ключа и является выходом 45 устройства, второй вход второго усилителя соединен с шиной нулевого потенциала, вход первого ключа является входом устройства, введены элементы связи, например резисторы, один из выводов первого резистора соединен с вторым выходом первого усилителя, другой вывод первого резистора соединен с входом третьего ключа и с одним из выводов второго 55 резистора, другой вывод которого подключен к выходу второго усилителя.

На чертеже представлена функциональная схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит усилители 1 и 2, накопительный элемент, например конденсатор 3, ключи 4-6, элементы связи, например резисторы 7 и 8, и шину нулевого потенциала 9, Устройство работает следующим образом.

С замкнутыми ключами 4 и 6 и разомкнутым ключом 5 схема находится в режиме выборки. При значительном коэффициенте передачи усилителя 2 разность напряжений íà его входах всегда близка к нулю. Первый вход усилителя 2 подключен к шине нулевого потенциала, следовательно, близко к нулю напряжение на втором его входе и на соединенной с ним одной обкладке конденсатора 3. При единичном коэффициенте передачи усилителя 1 напряжение на другой обкладке конденсатора 3 отслеживается близким к входному. Напряжение заряда конденсатора 3 определяется выражением где Пэ„ — найряжение на входе устройства;

A „, е „, — коэффициент передачи и напряжение смещения соответственно от входов к первому выходу усилителя 1р ео — напряжение смещения усилителя 2.

Напряжение на втором входе усилителя 1 близко по величине напряжению на первом входе усилителя 1 и противоположно ему по знаку. Усилитель 2 с Резистором 7 и 8 образу1 ет усилитель напряжения в инвертирующем включении. Напряжение íà его выходе и на соединенном с ним выходе устройства противоположно по знаку напряжению на его входе, который образует резистор 7. При равенстве величин резисторов 7 и 8 коэффициент передачи инвертирующего усилителя минус единица, а поскольку напряжение на втором выхОде усилителя 1 близко r(входному и противоположно ему по знаку, то напряжение на выходе устройства станет близко к входному напряжению и совпадает с ним по знаку. Таким образом, напряжение на выходе устройства в режиме выборки отслеживается близким к напряжению на входе устройства.

При изменении состояния ключей устройства на противоположное последнее переходит в режим хранения.

В момент переключения напряжение на конденсаторе 3 станет равным

Uc = Бе » A „+ео.м и где U „ — напряжение на входе устройства в момент переключения в режим хранения.

Через замкнутый ключ 5 устройство охватывается контуром отрицательной обратной связи. Напряжение на выходе устройства сТановйтся равным

A а.

943850

Следовательно, отсутствуют утечки токов, и перезаряд ими конденсатора

3 через ключ б, и точность хранения существенно возрастает. В то же время погрешность из-эа прохождения части управляющего напряжения на кон10 денсатор 3 из цепи управления ключом б есть величина постоянная и не зависящая от уровня входного сигнала, эта погрешность легко может быть учтена или скомпенсирована, например, балансировкой усилителя 2. Более того, нулевые. напряжения на ключе б позволяют использовать в его качестве ключ тока. При этом упрощается схема управления ключами за счет исключения из нее состава схем. слежения за уровнем входного сигнала и сложных устройств динамической компенсации погрешности пролеэания на накопительный элемент части напряжения управления °

Таким образом, в предлагаемом устройстве достигается повышение точности и быстродействия, а также упрощается схема управления ключами. С этим связан значительный экономический эффект за счет улучшения технических характеристик устройства и повышение его надежности, вызванное упрощением схемы. Укаэанные преимущества предлагаемого устройства особенно ощутимы при выполнении его в микроэлектронном исполнении.

Формула изобретения где А — коэффициент передачи усилителя 2.

С учетом (2) последнее выражение примет вид

Вьн Вхь 1+а, А (3)

Отсюда погрешности устройства прц

АМ. 1 . А2 " 1i = "вх - "вых = (A)+ (8 o, (o,)+h(8gp ((J

"1

Ь(А) US

Ау.

b (дом ) =ь(до ) =А(Код) = О. (5)

Формула (5) йоказывает полную компенсацию напряжений смещения усилителей, на которых построено устройство. Следовательно, полностью устраняются любые нестабильности как напряжения смещения (температурный и временной дрейфы, нестабильность от изменения напряжения питания), так и любые другие аддитивные составляющие погрешностей, такие, например, как погрешности за счет наличия входных токов и их разности в усилителях 1 и 2.

Выражение (4) показывает высокую верность воспроизведения напряжения, присутствовавшего на входе устройства в момент переключения в режим хранения. Поскольку при этом на выходе устройства уже присутствовало напряжение, близкое к входному, то при переключении схемы в режим хранения отсутствуют скольконибудь значительные изменения как на выходе устройства, так и на входе усилителя 1.

Следовательно, отсутствует скачок выходного напряжения и переходные процессы, имевшие место в известном устройстве, отсутствуют таким образом, и составляющие погрешностей, вызываемых ими. Не требуется время на установление выходного напряжения в пределах заданной точности, и быстродействие предлагаемого устройства много выше, чем у известного. В режиме хранения напряжение на втором выходе усилителя 1 и на выходе усилителя 2 равны, но противоположны по знаку. При равных величинах резисторов 7 и 8 напряжение в точке их соединения близко к нулю.

Вход ключа б постоянно находится .под близким к нулю напряжению благодаря соединению с одним входом усилителя 2, другой вход которого подключен к шине нулевого потенциала 9. Выход ключа 6 в режиме записи соединен с одним из входов усилителя 2 через низкое прямое сопротивление, а в режиме хранения подключен в точку соединения резисторов 7 и 8, т.е. подключен к точке с нулевым напряжением. Таким образом, ключ 6 находится и в режиме выборки, и в

65 режиме хранения под напряжением, близким к нулю и не зависящим от входного напряжения.

Аналоговое запоминающее устройство, содержащее первый усилитель, вход которого соединен с выходами первого и второго ключей, накопительный элемент, например конденсатор, одна иэ обкладок которого соединена с первым выходом первого усилителя, а другая — c выходом третьего ключа и с первым входом второго усилителя, выход которого соединен с входом второго ключа и является выходом устройства, второй вход второго усилителя соединен с шиной нулевого потенциала, вход первого ключа является входом устройства, отличающееся тем,что, с целью повышения точности и быстродействия устройства, в него введены элементы связи, например резисторы, один из выводов первого резистора соединен с вторым выходом первого усилителя, другой вывод первого резистора соецинен с входом третьего

Ключа и с одним из выводов второго

943850

Составитель A. Воронин

Техред A. Бабинец Корректор А. Гриценко

Редактор М.Петрова

Заказ 5142/62 Тираж 622 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 резистора, другой вывод которого подключен к выходу второго усилителя.

Источники инФормации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Ю 482815, кл. G 11 С 27/00, 1975.

2. Патент C2JA O 4066919, кл. 307-353, опублик. 1978 (прототип) .