Аналоговое запоминающее устройство

Сюоз СоветскихСоциалистических ПИСАНИЕЗОБРЕТЕНИЯАВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 977 еспубли)м, к .З0 11 С 27/О 2) 2674700/18 присоединением заявки Мо сударственныи комнт СССР о делам изобретений н открытий(54) АНАЛОГОВОЕ ЗАПОМИНАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВ логового сиг емя из-эа от базового эле го значения которого пос в режим хра- от процессов и были неиэ 0 2 ст хр Изобретение отно=ится к аналоговой технике и может быть использовано в системах управления движущихся объектов и устройствах для неограниченного во времени хранения мгновенного значения напряжения непрерывного аналогового сигнала,Известно устройство для запоминания мгновенного значения непрерывного сигнала Ц, запоминающий элемент которого выполнен в виде генератора периодических колебаний на транзисторе, охваченного то переменному току цепью отрицательной обратной связи через последовательно соединенные резистор и диод, выход генератора через трансФорматор соединен с входом усилителя, а вход по переменному току зашунтирован полупроводниковым диодом, через двухпоэиционный переключатель связан с источником отрицательного входного напряжения, а через цепь положительной обратной связи, состоящей иэ цепочки последовательно соединен- ных резистора, диода и интегрирующего ВС-звена - с выходом усилителяОсновным недостатком этого устройва является то, что оно не может анить мгновенное значение напряжения непрерывного ан нала неограниченное в сутствия в устройстве мента памяти мгновенн напряжения, параметры ле переключения схемы нения, не зависели бы происходящих в схеме, менными во времени. Наиболее близким по технической сущности к данному изобретению является устройство для долговременного запоминания мгновенных значений аналоговых сигналов 2, относящееся к классу долговременных дискретных конденсаторных запоми- нающих устройств многократного действия с узлом переработки аналогоВой информации в код и узлом обратного преобразования кода в аналоговую величину. Элементарная ячейка памяти представляет собой сочетание следящей схемы и время-импульсного разового многоустойчивого элемента (МУЭ) с многогорбой амплитудной ха рактеристикой,Число равновесных состояниЯ МУЭ определяется соотношением опорной и тактовой частот, которое выбирается разработчиком, исходя из требуемой точности устройства,В состав МУЭ входит буферный кас"кад, компаратор, В 5-триггер и усилитель тока. На один вход компаратора поступает напряжение треугольной формы с выхода внешнего генератора треугольного напряжения, ана другой вход - напряжение с запоминающего конденсатора через буферный каскад, выполненный на двух транзисторах, Выход компаратора соединяется с одним из входов В 5-триггера, на другой вход которого поступают прямбугольные импульсы свыхода внешнего генератора прямоугольных импульсов. Импульсы с выхода В 5-триггера через усилительтока на одном транзисторе, поступают на подзаряд конденсатора.Длительность этих импульсов обратно пропорциональна уровню напряжения на конденсаторе. При изменениивходного напряжения от нулядо минимальной величиныизменениядлительности импульсов на выходеВ 5-триггера имеют место и раз, гдеисоотношение частот генераторапрямоугольных импульсов и треугольного напряжения,Следящая схема устройства памяти состоит из компаратора, инвертора на транзисторе и двух зарядноразрядных усилителей на двух транзисторах и разделительных полупроводниковых диодах.На один вход компаратора поступает входной сигнал, на другой еговход - сигнал с запоминающего конденсатора через буферный каскад. Покоманде внешнего источника управляющий сигнал блокируеТ выход компаратора и напряжение на конденсаторесохраняется за счет работы МУЭ,Недостатком такого устройстваявляется то, что точность его работы в режиме хранения аналогового сигнала ограничена заранее выбраннымконечныч числом дискретных равновесных состояний в многогорбой амплитудной характеристике МУЭ.Целью изобретения является повышение точности работы устройства,Поставленная цель,цостигается тем,что в аналоговое запоминающее устройство, содержащее усилитель, входкоторого соединен с накопительнымэлементом, например с одной из обкладок конденсатора, другая обкладка конденсатора соединена с шинойнулевого потенциала, компаратор,один из входов которого соединенс выходом устройства, другой входкомпаратора подключен к первой шинеуправления, выход компаратора соединен с В-входом первого В 5-Триггера, первый и второй нелинейныеэлементы, например диоды, вторуюи третью шины управления, введены 5 10 15 20 25 ЗО 35 40 45 50 55 коммутатор, второй В 5-триггер, третий нелинейный элемент, напримердиод, элемент задержки, два ключа,элемент И и двоичный счетчик, одиниз входов которого соединен с выходом первого ключа, другой входдвоичного счетчика соединен с выходом элемента задержки, выходы двоичного счетчика подсоединены ко входам элемента И, выход которого подключен к 5-входу первого В 5-триггера, выходы которого соединены соответственно со входом элемента задержки,и одним из входов первогоключа, другой вход первого ключаподсоединен ко второй шине управления, выход компаратора соединен санодом первого диода, вход элементазадержки подключен к аноду второгодиода, катоды первого и второго диодов соединены с В-входом второгоВ 5-триггера и катодом третьего диода, 5-вход второго В 5-триггера соединен с одним из входов первогоключа, анод третьего диода соединен с третьей шиной управления иодним из входов коммутатора, другой вход которого соединен со входом устройства, выход коммутатораподсоединен к одной из обкладок конденсатора и одним из входов второго ключа, другой вход которого соединен с выходом второго В 5-триггера, выход второго ключа соединенс первой шиной управления.На фиг, 1 представлена функциональная схема предложенного устройства; на фиг, 2 - временная диаграмма работы устройства.Оно содержит коммутатор 1, усилитель 2, накопительный элемент,например конденсатор 3, ключи 4 и5, компаратор б, 85-триггеры 7 и 8,элемент И 9, двоичный счетчик 10,элемент задержки 11, нелинейныеэлементы, например диоды 12-14, шины управления 15-17, шину нулевогопотенциала 18,Устройство работает в двух режимах; в режиме "слежения" - выходной сигнал устройства следует за изменениями входного сигнала; в режиме "памяти" - устройство сохраня- .ет мгновенное значение аналоговоговходного сигнала, которое имело место в момент поступления команды"память",Режим "слежения"Командный сигнал "слежение" ввиде напряжения постоянного тока,соответствующего логической "1",поступает с шины 17 на вход коммутатора 1 и через диод 14, включенный в прямом направлении, на В-входтриггера 8, устанавливая на его инвентирующем выходе постоянное напряжение, соответствующее логическому "0". Это напряжение поступаетна вход ключа 5 и переводит его вс ьых1 ) 35 40 разомкнутое состояние, тем самым размыкая цепь подзаряда конденсатора 3 напряжением с шины 15, кото рое подается от внешнего генератора треугольного напряжения (ГТН),Одновременно коммутатор 1 замыкает цепь прохождения напряжения со входа устройства на заряд конденсатора 3 и далее через усилитель 2 передает этот сигнал на ныход устройства.Усилитель 1 представляет собой электрическую схему с выходным сопротивлением й -фО и входным соЬЫхпротивлением й - ос коэффициентом передачи К=+1.Постоянная времени заряда конденсатора 3 определяется произведением величины его емкости на выходное сопротивление источника входного сигнала в соответствии с формулой (1) где Т - постоянная времени цепизаряда конденсатора 3;С - величина емкости конденсатора 3;й , - выходное сопротивление источника входного сигнала(принимаем Р коммутатораЬх1 в замкнутом состоянии равным 0).При значении Т ( Те (где Тьхминимально возможный период колебаний составляющей спектра аналогового входного сигнала) можно считать,что устройство безынерционно передает напряжение входного сигнала наего выход,Напряжение с выхода усилителя 2поступает на один из входов компаратора б, на другой вход которогопоступает напряжение с шины 15.На выходе компаратора б Формируются прямоугольные положительныеимпульсы в каждый момент превышениямгновенным значением положительногонапряжения аналогоного входного сигнала текущего значения треугольного напряжения ГТН, присутствующегона шине 15. длительность этих импульсов прямо пропорциональна мгновенному значению напряжения аналогоного входного сигнала.Эти импульсы поступают на й-нходтриггера 7 и устанавливают на егонеиннертирующем выходе напряжение,соответствующее логической "1", а наиннертирующем выходе напряжение,соответствующее логическому "О".Это управляющее напряжение, соответствующее логической "1", одновременно поступает на:,5-вход триггера 8, на й-входекоторого присутствует в режиме "сле-жения" запрещающее напряжение, соответствующее логической "1 ф. Эта команда препятствует изменению логи 5 30 15 20 25 ЗО 40 45 50 5. 65 ческого состояния напряжения на еговыходе;й-вход этого же триггера 8 черездиод 13, включенный в прямом направлении. Эта команда дополнительноблокирует изменение логического состояния напряжения на его выходе, которое не должно произойти раньше,чем закончится импульс на выходекомпаратора;на вход ключа 4, который замыкает цепь прохождения положительных прямоугольных импульсов с шины15 на счетный вход двоичного счетчика 11.Управляющее напряжение, соответствующее логическому "0", с инвертирующего выхода этого триггера 7поступает на;вход двоичного счетчика черезцепь задержки нремени 11;на й-нход триггера 8 через диод13, включенный в прямом направлении.При наличии на входах счетчика10 напряжения, соответствующегологической "1", на входе элементаИ 9 также появляется "1", котораяпоступает на 5-вход триггера 8.В течение времени присутствия най-входе триггера 8 запрещающего импульса положительной полярности, поступающего с выхода компаратора б,единичные импульсы положительной полярности с выхода элемента И 9 невызывают изменения логических уровней напряжений на его выходах.По окончании действия импульсана выходе компаратора б, длительностькоторого пропорциональна мгновенному значению выходного напряженияустройства, появление положительного импульса на выходе элемента И 9вызывает изменение состояния триггера 8 на обратное,Теперь на неинвертирующем выходетриггера 7 появится логический "0",который поступает на вход ключа 5,размыкающего цепь прохождения импульсов с шины 16 на вход счетчика10, а на инвертирующем ныходе появится логическая "1", которая черезэлемент задержки 11 вызывает обнуление выходов счетчика 10,Одновременно с этим пропадаетположительный импульс на выходе элемента И 9 но выходные напряжениятриггера 7 сохраняются до моментаприхода следующего положительногоимпульса с выхода компаратора б навход триггера 7.Далее процессы в устройстве повторяются.Режим "памяти"Команда "память" поступает с шины 17 н виде напряжения постоянноготока,соотнетствунщегологическому "0",По этой команде комйутатором 1размыкается цепь прохождения напряжвния входного сигнала на заряд конденсатора 3 и снимается через диод 14,включенный н прямом направлении,запрещающее напряжение на входе триггера 8, выход которого управляетключом 5, через который осуществляется подзаряд конденсатора 3 от напряжения с шины 15.Момент поступления команды "память" может иметь на оси временидва значения относительно временного положения импульсного напряжения на выходе компаратора 6 (фиг.2):при наличии положительного им-пульса на выХоде компаратора б (точка А на эпюре 31);при отсутствии положительного 15импульса на его выходе (точка Е наэпюре 19).В первом случае благодаря присутствию на входе триггера 8 положительного импульса с выхода триггера 7, Щнапряжение на его выходе изменитсвое логическое состояние с "О" на"1" после окончания импульса.на выходе компаратора б, и ключ 4 начнетпропускать на подзаряд конденсатора3 с шины 15 импульс, амплитуда которого будет определяться точкой В(эпюра 31) напряжения с шины 16,т.е. с окончанием импульса на выходе компаратора б и появлением навыходе элемента И 9 очередного импульса (эпюра 26) положительной полярности, произойдет запирание ключа 4 и отсечка импульса с шины 15укаэанной амплитуды (точка С эпюры31). После чего конденсатор 3 нач- З 5нет разряжаться до точки О (эпюра 31)с последующим подзарядом конденсатора 3 очередным импульсом с шины15 амплитудой, определяемой точкойС (эпюра 31), 40Этот процесс будет повторятьсянеограниченное время.Во втором случае (точка Е эпюры31) отличие в работе устройства состоит только в том, что подзаряд конденсатора 3 будет происходить импульсом с шины 15 от точки О до точкиС (эпюра 31).Частота повторения импульсов с шины 15 выбирается из условия, чтобыза один такт повторения, снижениеисходного напряжения на конденсаторе 3 за счет разряда - ьО не пренысило неличины зоны - ьмщсЗначение ьО определяется по Формуле (2 55ц .2 я. тя С С МОКСгде ьО - уменьшение напряжения наконденсаторе за один период (Т ) колебаний напрят.жения на шине 15;Э - суммарный ток разряда конРденсатора 3, определяемый шунтирующим действием сопротивления утечки конденсатора 3, внутренним сопротивлением коммутатора и ключей 4 и 5 в разомкнутом состоянии и входным сопротивлением усилителя 2;С - величина емкости конденсатора 3;1 - максимально допустимое уменьшение напряжения на конденсаторе 3 за один период колебаний напряжения на шине 15.Значение ы с, определяется поМОКСфФормуле ( 3)МОКС МОКС (6тгде Омакс - максимальное значение амплитуды импульса на шине 15.Значение Осаке выбирается несколько большим максимального заданного значения выходного напряжения устройства (Оманс ъ Овыь );Т - длительность периода следо6вания импульсов на шине 16, ВыбираетсЯ из условиЯ Т 5 (К Т.в - количество ймпульсов с шины 16, соответствующих единичному состоянию выходных напряжений двоичного счетчика.Повышение точности в предложенном устройстве, по сравнению с прототипом, достигается наличием в нем коммутатора, Вб-триггера, двоичного счетчика, элемента И, элемента задержки и двух ключей, которые размыкают связь между цепью заряда конденсатора и выходом схемы коррекции постоянно н режиме "слежения" и замыкают толькона время прохождения зарядного импульса с первой шины управления в режиме "памяти",Формула изобретенияАналоговое запоминающее устройство, содержащее усилитель, вход которого соединен с накопительным элементом, например с одной из обкладок конденсатора, другая обкладка конденсатора соединена с шиной нулевого потенциала, компаратор, один из входов которого соединен с выходом усилителя и выходом устройства, другой вход компаратора подключен к первой шине управления, выход компаратора соединен с к-входом первого ЙВ-триггера, первый и второй нелинейные элементы, например диоды, и вторую и третью шины управления, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности устройства, в него введены компаратор, второй Кб-триггер, третий нелинейный элемент, например диод, элемент задержки, два ключа, элемент И и двоичный счетчик, один из входов которого соединен с выходом перного ключа, другой вход двоичного счетчика соединен с выходом элемента задержки, выходы двоичного счетчика подсо 771729 10единены ко входам элемента И, выход которого подключен к 5-входупервого Я 5-триггера, выходы которого соединены соответственно со входом элемента задержки и одним извходов первого ключа, другой входпервого ключа подсоединен ко второйшине управления, выход компараторасоединен с анодом первого диода, входэлемента задержки подключен к анодувторого диода, катоды первого и второго диодов соединены с Я-входомвторого Я 5-триггера и катодом третьего диода, 5-вход второго Я 5-триггера соединен с одним из входов первого ключа, анод третьего диода соединен с третьей шиной управления и одним из входов коммутатора, другойвход которого .соединен со входом устройства, выход коммутатора подсоединен к одной из обкладок конденсатораи одним из входов второго ключа,другой вход которого соединен с выходом второго Я 5-триггера, выход второго ключа соединен с первой шинойуправления.Источники информации,о принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССР9 257156, кл. С 11 С 27/00, 1968,2, фАвтометрия", Р 3, 1972,с. 122-125 (прототип),