Аналоговое запоминающее устройство

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВМДЕТЕЛЬСТВУ Союз Советскик Соцкалнстическмк Республик(22) Заявлено 04. 07. 79 (21) 2790899/18-24с присоединением заявки Но -(5)М. Кл. С 11 С 27/00 Государствеииый комитет СССР по делам изобретений и открытий(54) АНАЛОГОВОЕ ЗАПОМИНАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО Изобретение относится к средствам связи и может быть использовано, например, при построении аналого-цифровых преобразователей контрольноизмерительных, телевизионных и других систем для осуществления временной дискретизации электрических сигналов,Известны устройства выборки и хранения мгновенных значений высокочастотного сигнала, например телевизионного, выполняемые по разомкнутой схеме с применением запоминающего конденсатора и мостового диодного ключа, последовательно соединенного с источником входного сигнала. Основная проблема, возникающая при построении такого устройства,-выбор схемы коммутации мостового диодного ключа. Наилучшие динамические и статические параметры . устройства выборки и хранения обеспечивает схема токовой коммутации мостового ключа.Известно устройство, содержащее входной усилитель, с выхода которого сигнал подан на вход мостового диодного ключа, соединенного выходом с одной иэ обкладок запоминающего конденсатора и со входом усилителя-по" вторителя напряжения. Коммутация ключа осуществляется одновременнымизменением направления тока в каждой из двух ветвей, подходящей ксоответствующей точке коммутациимостового диодного ключа от формирователя импульсов коммутирующего тока. Каждая точка коммутации мостового диодного ключа соединена анодомпервого и катодом второго диодов,полярность подключения которых в точке коммутации противоположна полярности диодов мостового диодного клю,ча. На другие электроды первого ивторого диодов относительно шины ну" 1 с левого потенциала поданы соответственно положительный и отрицательныйпостоянные запирающие потенциалы,разность между которыми превышает динамический диапазон напряжений вход ного сигнала. В режиме выборки ком"мутирующие токи имеют направление,отнирающее для диодов мостового диодного ключа. Этим обеспечиваетсяего отпирание, необходимое для заряда запоминающего конденсатора домгновенного значения напряжения входного сигнала. Первый и второй ответвленные диоды при этом закрыты запирающими потенциалами. В режиме хра нения коммутирующие точки изменяютсвое направление на запирающее для диодов мостового диодного ключа.Диоды открываются, и между точками коммутации мостового диодного ключа устанавливается запирающий перепад напряжения; Величина перепада определяется постоянными запирающими потенциалами,поданными и электродам ответчительных диодов (1 . Недостатками этого устройства являются низкие точность и быстродействие, обусловленные тем, что на.соответстнующие электроды диодов относительно шины нулевого потенциала поданы постоянные запирающие потенциалы, превышающие по абсолютной величине максимально возможную амплитуду входного сигнала соответствующей полярности. В результате время выключения мостового диодного ключа оказывается минимальным в середине диапазона напряжений входного сигнала и максимальным по его краям, так как н зависимости от напряжения входного сигнала запирающий перепад на диодах мостового диодного ключа изменяется от минимального (обычно 0,5-1,08) .до максимального, превышающего динамический диапазон напряжений входного сигнала. Это приводит к снижению точности устройства. Кроме того, повышенные несимметричные запирающие перепады напряжения на диодах мостового диодного ключа приводят к поянлению значительных погрешностей проникновения импульсов коммутирующего тока на запоминающий конденсатор. В результате снижается быстродействие .устройства.Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является аналоговое запоминающее устройство, содержащее входной усилитель, представляющий собой линейный импульсный усилитель напряжения, с выхода которого сигнал подан на нход мостового диоднаго ключа, Мостовой. диодныйключ соединен с одной из обкладок запоминающего конденсатора и со входомвыходного усилителя-повторителя напряжения, представляющего собой импульсный повторитель напряжения. В точки коммутации мостового диодного ключа поданы противофазные двухполярные импульсы с выходов формирования импульсов коммутирующего тока, на вход которого поданы импульсыдискретиэирующего напряжения, определяющие состояние устройства (выборка-хранение). Формирователь коммутирующего тока представляет собой быстродействующий переключатель двухполярного тока. Общие катоды диодов мостового диодного ключа в одной из точек коммутации соединены с анодом первого диода. Общие аноды диодов мостового диодного ключа в другой его точке коммутации соединены с ка тодом второго диода, Катод первого диода соединен с анодом второго диода и с выходом выходного усилителя- повторителя напряжения, а входной усилитель снабжен ограничителем тока. Соединение катода первого диода с анодом второго диода и с выходом выходного усилителя-повторителя напряжения позволяет ограничить запирающий перепад напряжения между точками коммутации мостового диод- ного ключа прямым падением напряжения на двух диодах 1 ).Недостатками данного устройства 5 16 15 20 25 30 ,35 40 45 50 55 40 65 являются низкие быстродействие и точность выборки и хранения При больших скоростях изменения входного сигнала,схемы ограничения тока. Если за время хранения входной сигнал получитприращение более, чем на 0,5 В в положительном или отрицательном напра-,нлениях, то один из диодов мостовогодиодного ключа (в зависимости от знака приращения), соединенного с выходом входного усилителя, будет открыт и через открытый диод и ответнительныйдиод на выход выходного усилителяповторителя напряжения потечет разностный ток, т.е. выходи обоих усилителей окажутся соединенными черезмалые сопротивления открытых диодов.Такой режим работы устройства является нежелательным, поскольку вовходном усилителе-повторителе напряжения возникает нелинейный режимработы, обусловленный схемой ограничения выходного тока входного усилителя-повторителя напряжения. Схемаограничения выходного тока снижаетбыстродействие и точность устройства, поскольку реальный усилительимеет ограниченное быстродействиеи не может мгновенно перейти от нелинейного режима работы к линейному.Время переходного процесса от.нелинейного режима работы к линейномудолжно быть существенно меньше времени выборки сигналачто трудно выполнимо и требует применения сложных усилителя и ограничителя тока.Цель изобретения - повышение точности и быстродействия устройства.Постанленйая цель достигается тем, что в аналоговое запоминающее устройство, содержащее входной усилитель, накопительный элемент, например конденсатор, одна из обкладоккоторого подключена к шине нулевогопотенциала, мостовой диодный ключ,к первой диагонали которого подсоединены выход входного усилителя идругая обкладка конденсатора, соединенная со входом выходного усилителя,выход которого подключен к первомуи второму элементам с нелинейнойхарактеристикой, например к катоду а также сложность устройства. Эти недостатки обусловлены наличием во входном усилителе-повторителе напряжения0 15 20 30 45 60 перцси о диода и к аноду второго диода, Формирователь импульсов, первыйи второй выходы которого подсоединены ко второй диагонали мостового диодного ключа, введены третий и четвертый элементы с нелинейной харак.теристикой, например диоды, анодтретьего из которых соединен с анодом первого диода и третьим выходомформирователя импульсов, катод четвертого диода подключен к катодувторого диода и к четвертому выходуформирователя импульсов, катод третьего и анод четвертого диодов подсоединены ко, второй диагонали мостового диодного ключа, а также тем,что формирователь импульсов содержитэлемент ИЛИ-НЕ, два переключателятока, первый из которых выполнен надифференциальной паре р-и-р-транзисторов, эмиттеры р-и-р-транзисторовсоединены с источником тока положительной полярности, базы р-и-р-транзисторов подсоединены через первыйи второй стабилитроны к выходам элемента ИЛИ-НЕ соответственно, а через первый и втоРой резисторы - к положи- р 5 тельной шине питания, коллекторыр-и-р-транзисторов подключены к третьему и первому выходам формирователя импульсов, второй переключательтока, выполненнь 1 й на дифференциальной паре и-р-и-транзисторов, эмиттеры которых соединены с источникомтока отрицательной полярности, базыи-р-и-транзисторов подключены соответственно через третий и четвертыйстабилитроны к выходам элемента ИЛИНЕ, а через третий и четвертый резисторы - к отрицательной шине питания, коллекторы и-р-и- транзисторов соединены с четвертым и вторым выходами формирователя импульсов.На фиг.1 изображена функциональная схема предлагаемого устройства; на фиг.2 - электрическая схема Формирователя импульсов.Устройство содержит входной усилитель 1, например широкополосный усилитель с большой скоростью изменения сигнала на выходе, мостовой диодный ключ 2, накопительный элемент,например конденсатор 3, выходнойусилитель 4, выполненный, например,по схеме сложного эмиттерного повторителя напряжения с полевым МДП-транзистором на входе, элементы 5-8 снелинейной характеристикой, напримердиоды, формирователь 9 импульсов, 55содержащий логический элемент ИЛИ-.НЕ10 с прямым и инверсным выходом,два переключателя тока на дифференциальных парах транзисторов р-и-р- ии-р-и-проводимостей 11,12 и 13, 14соответственно, источник 15 токаположительной полярности, выполненный, например на операционном усили",теле, резисторе и транзисторе р-и-рпроводимости, источник 1 б тока отрицательной полярности, выполненный,например, на операционном усилителе,резисторе и транзисторе и-р-и-проводимости, четыре стабилитрона 17,18,19 и 20, четыре Резистора 21,22,23и 24.Формирователь 9 импульсов работает следующим образом.Если на вход логического элементаИЛИ-НЕ 10 подать тактовый импульс положительной полярности; длительностькоторого равна длительности выборкисигнала, то с прямого выхода логического элемента ИЛИ-НЕ 10, через стабилитроны 18 и 19, импульс поступит набазы транзисторов 12 и 13, с инверсного выхода логического. элемента 10,через стабилитроны 17 и 20, импульспоступает на базы транзисторов 11 и14. При этом транзисторы 12 и 14будут открыты, а транзисторы 11 и 13будут заперты, и ток от источников15 и 1 б тока будет подключен к выходам Формирователя (коллекторы транзисторов 12 и 14 соответственно).После прекращения тактового импульса(режим хранения) переключатели токаизменят состояние, открытыми будуттранзисторы переключателей 11 и 13тока, а запертыми будут транзисторы12 и 14, и ток от источников токабудет подключен к выходам формирователя импульсов (коллекторы транзисторов 11 и 13 соответственно),Устройство работает следующим образом.Дискретизируемый сигнал подаетсяна вход входного усилителя 1. Тактовые импульсы поступают на вход Формирователя 9 импульсов. В режиме вы. борки импульсы с выходов формирователя 9 импульсов открывают ключ 2, инапряжение на конденсаторе 3 будетравно напряжению на выходе входногоусилителя 1. Поскольку напряжение навыходе выходного усилителя 4 равнонапряжению на конденсаторе 3, то влинейном режиме выборки диоды 5 и би диоды 7 и 8 заперты и на работумостового диодного ключа влияния неоказываютВ режиме хранения импульсы с выходов Формирователя 9 импульсов пройдутчерез диоды 5 и б. Через диоды 7 и 8запирающее напряжение будет приложено к диодам мостового диодного ключа2. Поскольку диоды 5 и б соединеныс выходом выходного усилителя 4, топроизводится отслеживание запирающего напряжения, приложенного к диодаммостового диодного ключа 2, за напряжением на конденсаторе 3. Если в режиме хранения мгновенного значениянапряжения входной сигнал изменитсяна величину, превышающую напряжениеотпирания диодов мостового диодногоключа 2, то диоды 7 и 8 окажутся взапертом состоянии, и входной усилитель 1 не будет нагружаться, что822295 Формула изобретения исключает необходимость применения выходного ограничителя тока во входном усилителе 1. Введение в схему устройства дополнительных диодов 7 и 8 позволяет повысить точность и быстродействие при дискретизации быстроизменяющихся сигналов, поскольку входной усилитель 1 всегда работает в линейном режиме и исключен режим перегрузки как входного усилителя 1, так и выходного усилителя 4.Использование предлагаемого устройства при построении аналого-цифровых преобразователей телевизионных систем подводного телевидения позво" ляет с большей точностью осуществить в реальном масштабе времени автоматический анализ и обнаружение быстро- меняющихся малоконтрастных изображений за счет повышения точности и быстродействия устройства выборки и хранения мгновенных значений электрического сигнала, появляется возможность повышения разрядности и быстродействия аналого-цифровых преобразователей, что является необходимым для повышения вероятности обнаружения малоконтрастных изображений.На промышленном производстве устройства не требуется вести подбор элементов по статическим и динамическим характеристикам. Аналоговое запоминающее устройство, содержащее входной усилитель, накопительный элемент, например конденсатор, одна из обкладок которого подключена к шине нулевого потенциала, мостовой диодный ключ, к первой диагонали которого подсоединены выход входного усилителя и другая обкладка конденсатора, соединенная со входом выходного усилителя, выход которого подключен к первому и второму элементам с нелинейной характеристикой, например к катоду первого диода и к аноду второго диода, формирователь импульсов, первый и второй выходы которого подсоединены ко 8второй диагонали мостового диодногоключа, о т л и ч а ю щ е е с я тем,что, с целью повышения точности ибыстродействия устройства, в неговведены третий и четвертый элементыщ,с нелинейной характеристикой, например диоды, анод третьего из которыхсоединен с анодом первого диода итретьим выходом формирователя импульсов, катод четвертого диода подключен к катоду второго диода и кчетвертому выходу формирователя импульсов, катод третьего и анод четвертого диодов подсоединены ко второй диагонали мостового диодного. ключа.15 2. Устройство по п.1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что формирователь импульсов содержит элементИЛИ-НЕ, два переключателя тока, первый из которых выполнен на дифферен 20 циальной паре р-п-р-транзисторов,эмиттеры р-и-р-транзисторов соединены с источником тока положительнойполярности, базы р-и-р-транзисторовподсоединены через первый и второйстабилитроны к выходам элемента ИЛИНЕ соответственно, а через первыйи второй резисторы - к положительнойшине питания, коллекторы р-и-р-транзисторов подключены к третьему и первому выходам формирователя импульсов,второй переключатель тока, выполненныйна дифференциальной паре и-р-итранзисторов, эмиттеры которых соединены с источником тока отрицательнойполярности, базы о-р-и-транзисторовподключены соответственно через третий и четвертый стабилитроны к выходам элемента ИЛИ-НЕ, а через третийи четвертый резисторы - к отрицательной шине питания, коллекторы и-р-и 40 -транзисторов соединены с четвертыми вторым выходами формирователя,импульсов.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1."ЕЕЕ . Т гап ь,оп соащвп", 1974Чо 1.СОМ, Р 7, р.986-994,Гд.б,2. Авторское свидетельство СССРпо заявке 9 2530543, кл.б 11 С 27/00,1978 (прототип).Зак илиал ППП "Патентф, г.уж л.Проектна 1886/80 Тираж ВНИИПИ Государственпо делам иэобрет 113035, Иосква, Ж,45 Подписного комитета СССРиий и открытийРаушская наб., д.4/5