Аналоговое запоминающее устройство

ОП ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз СоветскнкСоцналнстнческнкРеспублнк 1 746740 К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУно делам нзаоретеннй н открытнйДата опубликования описания 10,07.80(54) АНАЛОГОВОЕ ЗАПОМИНАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО 1Изобретение относится к измеритель ной технике и может быть использовано в амплитудных вольтметрах, а также в преобразователях амплитуды колебаний в интервалак времени, в том числе логарифмических.5Известно аналоговое запоминающее устройство, содержащее операционный усилитель, неинвертирующий вход которого подключен ко входу устройства, накопительный элемент, например конденса 0 тор, одна обкладка которого соединена со входом истокового повторителя и .через нелинейный элемент с выходом операционного усилителя, другая обкладка15 конденсатора подключена к шине нулевого потенциала, а выход истокового повторителя подключен к инвертирующему входу операционного усилителя 11 .Недостатком этого устройства является наличие погрешности постоянной составляющей во вкодном 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 известнык по текнической 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 напряжение6740 ф 30 35 40 45 3 74 снимается с выкода повторителя, а не о накопительного элемента. Напряжение на накопительном элементе при этом будет равно сумме амплитуды (размаха) колебаний входного 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 которогосоединен со входом устройства, последовательно включенные ограничительныенелинейные элементы и накопительныеэлементы, шины управления и сброса, ишину нулевого потенциала, в него введены формирователь, ключи и элементИ-НЕ, И-ИЛИ, И и НЕ, вход которогоподсоединен к шине управления, одномуиз входов первого ключа, одним из входов первого и второго элементов И, эле-,мента И-НЕ и первым входом элементаИ-НЕ, другие входы элементов И и И-НЕсоединены со вторым входом элементаИ-ИЛИ и одним из выходов формирователя, другой выход которого соединен сдругим входом второго элемента И, входформирователя подключен к неинвертирующему входу операционного усилителя, инвертирующий вход которого соединен сдругим входом первого ключа и выходомвторого ключа, один из входов второгоключа соединен с выходом элемента НБ,другой вход второго ключа соединен с " -"выходом операционного усилителя и однимиз входов третьего и четвертого ключей,другие вкоды которых подключены соответственно к выходам элементов И, вы " ходы третьего и четвертого ключей сое 5 10 15 20 25 динены со входами ограничительных нелинейных элементов соответственно, выход первого ключа соединен со входами накопительных элементов и одним из входов пятого ключа, другой вход которогой.соединен с шиной сброса и третьим входом элемента ИИЛИ, 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, шина 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, 10 и 11 с шиной нулевого потенциала 21. С помощью ключа 7 выход операционного усилителя 1 соединяется с егоинвертирующим входом, При этом операционный усилитель 1 переводится в режим повторителя, что исключает воэможность его насыщения при размыканииключей 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 не входе 22 устройства будет появляться сигнал на не- инверсном выходе формирователя 13, 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 обратнойФсвязи 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 том 14 И выделяется импульс, совпадающий по времени с положительным полу- периодом запоминаемого сигнала, который открывает ключ 8 в тот же момент времени, когда закрывается ключ 7 и 35 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 25 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 ным в обратном направлении и закрывается, разрывная цепь отрицательной обратной связи, Напряжение на выходе операционного усилителя будет изменяться по закону. 45где О - значение амплитуды полоаМпл.жительного полупериодазапоминаемого ( переменного) сигнала;Оос - постоянная составляющаяво 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-ИЛИ 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 3запоминает амплитудное значение отрицательного полупериода входного сигнала аналогично вышеописанномуО 0 -О 003 ьх 01 мпл пОст где О, - значение амплитуды отриОМолцательного 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 выходом. устройства, 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 отрицательЬыкФвк с)(1) где к - коэффициент усиления операционного усилителя без отрицательной обратной связи(к 1 ); 50О - текущее значение напряженияна выходе устройства;о - напряжение на элементе 2,равное максимальному значению входного напряжения1 с 2 Вк так .Так как выход операционного усилителя 1 отключается от элемента 2, нап 40 6ряжение на нем остается квазипостоянным. С уменьшением входного напряжения выходное напряжение операционного усилителя 1 также будет уменьшаться и вскоре достигнет уровня насыщения. Элементом 2 будет запомнено максимальное значение амплитуды положительного полупериода напряжения входного сигнала.7 74ную обратную связь операционного усилителя 1 и вывоая его в режим повторителя.Наличие в схеме аналогового запоминающего .устройства формирователя, логи- .ческих элементов И, И-НЕ, И-ИЛИ, НЕ ианалоговых ключей, а также их соединениепобцоляет повысить точность запбминания в два раза по сравнЕнию с известнымустройством, так .как предлагаемое устройСтво может оперйровать с входнымсигналом амплитуаой, в два раза превышающей максимально возможную амплитуду входного сигнала известного устройства.При использовании в предлагаемомустройстве операционного усилителя сполевыми транзисторами на выходе, входное сопротивление может быть 150 мОми более, в то же время в устройстве,собранйом йо схемепрототипа и при точности запоминания 1%, оно не превышает единиц мОм,ф о р м у л а иэ о б р е"т е н и я Аналоговое запоминающее устройство,содержащее операционный усилитель, неинвертирунщий вход которого соединенсо входом устройства, последовательновключенные ограничительные нелинейные4 лемейтй инакопительные Мемейты, шины управления и сброса и шину нулевогопотенциала, о т л и ч а ю щ е е с ятем,что с целью повышения точности ирасширения области применения устройства, в него введены формирователь, ключии элементыИ-НЕ, И-ИЛИ, И и НЕ, вкодкоторого подсоединен к шине управления,одному"иэ входов первого ключа, однимиз входов первого и второго элементовИ, элемента И-НЕ и первым входом элемента ИИЛИ, другие входы элементов 6740 8И и И-НЕ соединены со вторым входомэлемента И-ИЛИ и одним из выходовформирователя, другой выход которогосоединен- с другим входом второго элемента И, вход формирователя подключенк неинвертирующему входу операционногоусилителя, инвертирующий вход которогосоединен с другим входом первого ключаи выходом второго ключа, один из входоввторого ключа соединен с выходом элемента НЕ, другой вход второго ключа соединен с выходом операционного усилителя иодними из входов третьего и четвертогоключей, другие входы которык подключе 15 ны соответственно к вы 1 одам элементовИ, выходы третьего и четвертого ключейсоединены со входами ограничйтельныхнелинейных элементов соответственно, выход первого ключа соединен со вхоаами20 накопительных элементов и одним ик входов пятого ключа, другой вкод которогосоединен с шиной сброса и третьим входом элемента И-ИЛИ, выход элементаИ-ИЛИ подсоединен к оаному из входовшестого ключа, другой вхоа которого соединен с выходом устройства и вь 1 ходомпервого накопительного элемента, выходшестого ключа соединен с шиной нулевого потенциала, выкодом пятого ключа иЗф выходом седьмого ключа, один иэ входовкоторого соединен с выходом второго накопительного элемента, другой вход седьмого ключа соединен с выходом элементаИ-НЕ35 Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Типовые функциональные элементыавтоматики на интегральных усилителях.Приборы и системы. управления. 1973,40 М 7.2. Волгин Л, И. Измерительные преобразователи переменного напряжения ипостоянное. М."Советское радио",1 977, с. 1 91 ( прототип) .Составитель А. Ворониндактор И. Ковальчук ТехредТЛевадская Корректор Г, Назара 4 2 к атент, г, Ужгород, ул. Проектная 112/22 ТиЦНИИПИ Государстно делам изоб1 Д 035, Москва, Ж ал ППП "П ж 66 енного етений 5, Рау Подписноемитета СССРоткрытийая набд, 4/