Аналоговое запоминающее устройство

(22) Заявлено 26,1280 (21) 3224662/18-24 . 31) М, КП.з 6 11 С 27/00 с присоединением заявки Мо(23) Приоритет Государственный комитет СССР по дедам изобретений и открытийОпубликовано 1507,82. Бюллетень М 926 Дата опубликовамия описания 15. 07. 82 1 з З) УДК 6 8 1. 327. 66(54) АНАЛОГОВОЕ ЗАПОМИ УСТРОЙС 1(11+рГ 25 г Изобретение относится к вычислительной и контрольно-измерительной технике и может использоваться в аналого-цифровых преобразователях, системах сбора и передачи информации, устройствах аналого-циФрового ввода/вывода для связи с вычислительной машиной.Известны аналоговые запоминающие устройства, в которых использование контуров отрицательной обратной связи позволяет устранить погрешности, связанные с неидеальными свойствами усилителей, входящих в состав устройств. Эти устройства включают в себя усилители, накопительный элемент, например конденсатор, ключи и шину нулевого потенциала 1),Недостатком известных устройств является низкое быстродействие,Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является аналоговое запоминающее устройство, содержащее первый и второй усилители, один вход первого усилителя через первый и второй ключи соединен соответственно с входом и выходом устройства, другим входом подключенный к одному входу второго усилителя, накопительному элементу, например одной обкладке конденсатора, соединен ного другой своей обкладкой с шиной нулевого потенциала, и через третий ключ - к своему выходу, первый и второй элементы связи, другой вход второго усилителя через первый элеМент связи подключен к выходу первого усилителя, а через второй элемент связи - к выходу второго усилителя и выходу устройства (2).Это устройство обладает хорошими статическими параметрами, однако ди.намические параметры низкие. Быстродействие и динамическая точность в режиме выборки определяются параметрами в основном первого усилителя, поскольку второй усилитель в режиме выборки не влияет на заряд накопительного элемента, В случае оптималь ной коррекции передаточная характеристика первого усилителя является однополюсной н определяется выраже- нием- статический коэфФициентпередачи первого усилителяпостоянная времени первогоусилителя;9 - оператор Лапласа.(3) 15 20 45 50 60 Функция реакции схемы при ступенчатом входном воздействии Оригинал выражения (2) определяет переходную характеристику первого усилителя, откуда можно найти от-. носительную погрешность устройства н режиме выборки где Щ 1),Ь (1) - переходная и нормированная переходная характеристики: ст. ройстна н режиме выборки 1 б(Ц - относительная погрешность устройства врежиме выборки;- текущее время (время выборки) . 25Выражение (4)связывает быстродействие и точность устройства н дива- мике. Дейстннтельно, в статическом режиме ныбсрки при 171 Г погрешность устройства достигает своего минимального значения, определяемого только статическим коэффициентом передачи усилителей, одна.:о быстродействие устройства из"за значительного времени выборки становится крайне ниэ ким. Уменьшение времени выборки для повышения быстродействия неминуемо влечет за собой снижение точности в соответствии с (4). Снижение точности при этом не восполняется унеличе нием коэффициентов передачи усйлителей, а наоборот ухудшается устойчивость работы устройства.Целью изобретения является повышение быстРодействия и точности устройства. Псставленная цель достигается тем,что н устройство, содержащее основной накопительный элемент, например основной конденсатор, одна из обкладок которого соединена с шиной нулевого потенциала, первый усилитель, один иэ входов которого соединен с выходами первого и второго ключей, вход первого ключа является входом устройства, второй усилитель, охваченный по одному из входов обратной связью через первый пассивный элемент,например первый резистор, выход второго усилителя соединен с входомвторого ключа и является выходомустройства, другая обкладка основного конденсатора подключена к другимвходам первого и второго усилителейи к выходу третьего ключа, вход которого соединен через второй пассивный элемент, например второй резистор, с первым входом второго усилителя, введены третий усилитель и дополнительный накопительный элемент,например дополнительный конденсатор,одна иэ обкладок которого соединена с выходом второго усилителя, а другая обкладка - с выходом первого усилителя и с входом третьего усилителя,выход которого подключен к входутретьего ключа. На чертеже изображена функциональная схема предложенного устройства.Устройство содержит усилители 1-3, накопительные элементы, например конденсаторы 4 и 5, ключи 6-8, пассивные элементы, например резисторы9 и 10, и шину 11 нулевого потенциала. Предложенное устройство функционирует следующим образом. Усилитель 1 выполняется с высоким выходным сопротивлением (усилительтока), а усилитель 3 - с высокимвходным и низким выходным сопротивлением,.В режиме выборки замкнуты ключи6 и 8 и разомкнут ключ 7. Конденсатор 4 через усилители 1 и 3 заряжается до напряжения, равного напряжению на входе устройства, Напряжение с конденсатора 4 прикладываетсяк одному из входов усилителя 2 и,при значительном коэффициенте егопередачи, одновременно присутствуетна его другом входе, а также на резисторе 10 благодаря замкнутому ключу 8, поэтому напряжение на выходеустройстна близко к входному напряжению, Если коэффициент передачиусилителя 3 равен единица, то еговходное и выходное напряжение равны,Поскольку выходное напряжение усилителя 1 равно при этом напряжениюна конденсаторе 4, то напряжения на обкладках конденсатора 5 практически равны и этот конденсатор в режимевыборки не влияет на работу устройства и время установления напряжения на конденсаторе 4, т.е. время выборки определения передаточной функцией усилителей 1 и 3.В режиме хранения состояние ключей 6-8 устройства изменяется на противоположное, при этом на конденсаторе 4 н течение определенного времени сохраняется напряжение, ранноемгновенному значению нходного напряжения н момент изменения состоянияключей 6-8. Это напряжение прикладывается к соединенному с конденсатором 4 одному из входов усилителя 1,а на другой его вход через ключ 7подается напряжение с выхода устройства. Поскольку усилитель 1 охваченконтуром отрицательной обратной связи через усилители 2 и 3 и ключ 7,то напряжения на нходах усилителя 1(6) ЭО равны, поэтому напряжение на выходеустройства в режиме равно тому входному напряжению, которое оно имелопри переходе из режима выборки в ре.жим хранения. При этом конденсатор5 оказывается включенным в цепь отрицательной обратной связи и влияетна общую передаточную характеристику устройства. Усилитель 3 работаетс единичным коэффициентом передачи,.поэтому может быть достаточно широ- Окополосным. Усилитель 2 через резисторы 9 и 10 охвачен местным контуромотрицательной обратной связи, следовательно, полюс его передаточной характеристики в соответствующей степени сдвинут в область высоких частот, поэтому характеристики устройства в рабочей полосе частот в основном определяются усилителем 1.Тогда суммарная передаточная характеристика устройства от одного извходов усилителя 1 к выходу устройст.ва в режиме хранения определяет выражением где Щ - передаточная характеристи 4ка усилителя 1;К 1 - коэффициент передачи усилителя 2;35К - выходное сопротивление усилителя 1;С - емкость конденсатора 5.В известном устройстве, гдЕ отсутствует конденсатор 5, передаточная40 функция равна 24 2(7)где Х 1 - передаточная характеристикапервого усили тел я.Для обеспечения одинаковой статической точности и устойчивости работы известного устройства и предложенного должно выполняться условиеХ= Х(8)которое с учетом (5) и (7) записывается следующим образом:1ХК =ХК4 . = "1+рт,Отсюда можно выразить передаточную 55характеристику усилителя 1 через передаточную характеристику первогоусилителя в известном устройстве присохранении для обоих устройств одинаковой статической точности и устой чивости(1+ Ра,Из (9) следует, что передаточная характеристика усилителя 1 в предложен ном устройстве имеет дополнительный ноль по сравнению с аналогичной характеристикой известного. Благодаря этому появляется возможность подбором конденсатора 5 скомпенсиоовать ноль передаточной характеристики аналогового запоминающего устройства, тем саным значительно уменьшить постоянную времени усилителя 1. Так, при выборе одинаковых первого усилителя в известном и усилителя 1 в предложейном устройствах при одинаковой предельной статической точности обеих устройств погрешность, определяемая как функция текущего времени (времени выборки) в предложенном устройстве, много ниже, чем в известном. Это позволяет уменьшить время выборки, тем самым повысив быстродействие. Действительно, переходная характеристика усилителя 1, определяемая по (9) с учетом (1) равна1н(о =к - (-(- - )ехрЧл 71.Сл откуда нормированная переходная характеристика и относительная погрешность устройства составляют Так, для времени выборки =6,96 Г, иподборе Гл и С с точност ю 10,т.е.Т/С= 0,9, погрешность устройствакак функция времени выборки в известной и предложенной схемах определяетвыражениями (4) и (10)Таким образом, при сохранении неизменными устойчивости работы, времени выборки и предельной статической точности в предложенном устройстве, в отличие от известного ско-, рость приближения точности к предельной статической точности намного выше, и наоборот при сохранении неизменными устойчивости рабо гы, предельной статической точности и фиксировании одинаковой точности в известном и предложенном устройствах, времь выборки в новой схеме намного меньше.Введение новых элементов и связей улучшает, таким образом, динамические свойства аналогового запоминающего устройства, чем достигается повьздение быстродействия и точности в предложенном устройстве. Благор 1 ря943854 Формула изобретения аказ 5122/63 Тираж МЙ Подписное НИИ П "Патент", г. Ужгород, ул. Проект Филиал хорошим динамическим параметрам появляется нозможность повышения статического коэффициента передачи усилителя для повьааения точности при неизменном времени выборки. Благодаря высокому выходному сопротивлению уси" 5 лителя 1 емкость конденсатора 5, определяемая в соответствии с (б) является небольшой, намного меньше емкости конденсатора 4, В практической реализации неличина емкости кон денсатора 5 составляет 310 пф при емкости конденсатора 4 равной 500. 1000 пф. Малость величины конденсатора 5 подтверждает отсутствие его влияния на процесс выбор ки. Усилитель 3, выполняемый с высоким входным и низким выходным сопротивлениями, служит буферным звеном между усилителем 1 и конденсатором 4. Он обеспечинает большой ток заряда этого конденсатора и исключает шунтирование им высокого выходного сопротивления усилителя 1. Этим обесяе 4 ифэается неизменностьупостоянной вре(ени при коммутации 1 конденейтбра 4. В качестве усилителя 3 может применяться простой повторитель напряжения, выполненный по быстродействующей разомкнутой схеме. Использование усилителя 3 позволяет выполнить усилитель 1 по микро- мощной схеме, поскольку практически отсутствует потре.5 ление его выходного тока как н режиме выборки, так и в режиме хранения благодаря высокому входному сопротивлению усилителя 3 и малой емкости (следонательно,большому импедансу) конденсатора 5.Это позволяет построить аналогоное запоминающее устройство по предложенной схеме с классом точности 40 0,01 при времени выборки менее одной микросекунды. Аналоговое запоминающее устройство, сбдержащее основной накопительный элемент, например основной конденсатор, одна Из обкладок которого соединена с шиной нулевого потенциала, первый усилитель, один из входов которого соединен с выходами первого и второго ключей, вход первого ключа является нходом устройстна, второй усилитель, охваченный по одному из входов обратной связью через первый пассивный элемент, например первый резистор, выход второго усилителя соединен с нходом второго ключа и является выходом устройстна, другая обкладка основного конденсатора подключена к другим входам первого и второго усилителей и к выходу третьего ключа, вход которого соединен через второй пассивный элемент, например второй резистор, с первым входом второго усилителя, о т л и ч а - ю щ е е с я тем, что, с целью повышения быстродействия и точности устройства, в него введены третий усилитель и дополнительный накопительный элемент, например дополнительный конденсатор, одна из обкладок которого соединена с выходом второго усилителя, .а другая обкладка - с выходом первого усилителя и с входом третьего усилителя, выход которого подключен к входу третьего ключа. Источники информации,принятые но внимание при экспертизе1. Патент США Р 40 б 6919,кл. 307/353, опублик. 1978.2. Авторское свидетельство СССРМ 482815, кл. С 11 С 27/00, опублик,1975 (прототип).