Аналоговое запоминающее устройство

 

Изобретение предназначено для использования в автоматике и вычислительной технике, в частности в системах хранения, преобразования и обработки аналоговой информации. Устройство содержит операционные усилители 1 и 2, накопительные конденсаторы 3 и 4, блок 5 вычитания, генератор 6 тактовых импульсов, повторитель 7 напряжения, ключи 8 - 17, резисторы 18 - 21. При работе устройства конденсатор 4 фиксирует напряжение погрешности, которое вычитается затем из напряжения конденсатора 3, являющегося суммой записанного напряжения и напряжения погрешности. 1 ил.

Изобретение предназначено для применения в автоматике и вычислительной технике, в частности в системах хранения, преобразования и обработки аналоговой информации.

Известно аналоговое запоминающее устройство (авт. св. СССР N 1019496, кл. G 11 C 27/00, 1983), содержащее три операционных усилителя, один из которых имеет накопительный конденсатор в цепи отрицательной обратной связи, два резистора и ключ, соединенные между собой.

Недостатком устройства является низкая точность из-за наличия токов утечки заряда накопительного конденсатора через другие элементы.

Известно также аналоговое запоминающее устройство (авт. св. СССР N 1003148, кл. G 06 C 27/00, 1983), содержащее два операционных усилителя, накопительный и компенсирующий конденсаторы и четыре ключа, соединенные между собой определенным образом. В этом устройстве токи утечки частично компенсируются.

Недостатком известного устройства является невысокая точность вследствие неполной компенсации токов утечки.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является аналоговое запоминающее устройство (авт. св. СССР N 1571682, кл. G 11 C 27/02, 1990), содержащее операционный усилитель, накопительный конденсатор и пять ключей, соединенные между собой.

Недостатком известного устройства является низкая точность вследствие наличия неучтенных и нескомпенсированных токов утечки заряда накопительного конденсатора, что не позволяет использовать устройство для длительного хранения аналогового сигнала.

Целью изобретения является повышение точности устройства за счет выявления и последующего устранения возникающих из-за токов утечки погрешностей записанного напряжения.

Цель достигается тем, что в аналоговое запоминающее устройство, содержащее первый операционный усилитель, первый накопительный конденсатор, первый, второй, третий, четвертый и пятый ключи, причем управляющие входы первого и второго ключей, третьего и четвертого ключей попарно объединены, информационные входы первого и третьего ключей соединены с информационным выходом пятого ключа и с первой обкладкой первого накопительного конденсатора, вторая обкладка которого соединена с информационными выходами второго и четвертого ключей, введены второй операционный усилитель, второй накопительный конденсатор шестой, седьмой, восьмой, девятый и десятый ключи, блок вычитания, генератор тактовых импульсов, повторитель напряжения и с первого по четвертый резисторы, при этом элементы устройства соединены между собой в соответствии с формулой изобретения.

Известные аналоговые запоминающие устройства содержат операционные усилители, накопительные конденсаторы, ключи, но включение их и вновь введенных элементов так, как предлагается в заявленном устройстве, обеспечивает в совокупности признаков новое свойство - повышенную точность за счет предварительного выявления и последующего устранения погрешностей хранимого напряжения, возникающих из-за токов утечки. Этим свойством не обладает ни одно из известных устройств, что позволяет сделать вывод о соответствии заявленного устройства критериям изобретения "положительный эффект", "новизна" и "существенные отличия".

На чертеже представлена схема устройства.

Аналоговое запоминающее устройство содержит первый 1 и второй 2 операционные усилители, второй 3 и первый 4 накопительные конденсаторы, блок 5 вычитания, генератор 6 тактовых импульсов, повторитель 7 напряжения, первый 8, второй 9, шестой 10, восьмой 11, второй 12, четвертый 13, седьмой 14, девятый 15, десятый 16 и пятый 17 ключи, третий 18, первый 19, четвертый 20 и второй 21 резисторы, информационный вход 22, вход 23 управления режимом работы, выход 24.

Блок 5 вычитания представляет собой типовой операционный усилитель с входными цепями на прямом и инверсном входах и цепью обратной связи. Генератор 6 тактовых импульсов выполнен в виде типового управляемого генератора импульсов со скважностью, равной двум, импульсы на первом и втором выходах которого появляются в противофазе.

Аналоговое запоминающее устройство работает следующим образом.

На информационный вход 22 подается входное аналоговое напряжение, подлежащее запоминанию. После этого на вход 23 управления режимом работы устройства подается импульс, открывающий ключи 16 и 17. Импульс имеет длительность, достаточную для завершения переходного процесса запоминания входного напряжения накопительным конденсатором 3. Повторитель 7 напряжения предназначен для сокращения времени протекания этого процесса. Одновременно осуществляется запись нулевого напряжения на накопительный конденсатор 4.

По окончании импульса на входе 23 нулевой уровень по входу управления режимом работы генератора 6 разрешает генерирование импульсных последовательностей на выходах генератора. В первый полупериод работы генератора 6 единичный сигнал присутствует на его первом выходе, на втором выходе присутствует нулевой сигнал. Ключи 8, 11, 12, 15 открыты, ключи 9, 10, 13, 14 закрыты. Накапливающий конденсатор 3 включен в обратную связь операционного усилителя 2, конденсатор 4 - в цепь обратной связи операционного усилителя 1. За счет токов утечки и смещения нуля операционного усилителя 2 записанное на конденсаторе 3 напряжение постепенно изменяется, т. е. накапливается погрешность. В то же время изменяется и напряжение на конденсаторе 4 за счет токов утечки и смещения нуля операционного усилителя 1.

На второй полупериод работы генератора 6 конденсатор 3 оказывается подключенным с помощью ключей 10 и 14 к операционному усилителю 1, а конденсатор 4 - к операционному усилителю 2 с помощью ключей 9 и 13. Изменение напряжения на конденсаторе 3 в этот полупериод обусловлено погрешностями за счет неидеальности операционного усилителя 1. Конденсатор 4 фиксирует погрешность от неидеальности операционного усилителя 2.

Период работы генератора 6 тактовых импульсов выбирается исходя из условия многократного превышения его временем хранения напряжения. Скважность генерируемых последовательностей импульсов строго равна двум.

В течение времени хранения конденсатор 4 накапливает заряд, представляющий собой погрешность из-за неидеальности операционных усилителей 1 и 2, причем половину истекшего времени накапливается погрешность, вносимая операционным усилителем 1, другую половину - операционным усилителем 2. Такой заряд оказывается накопленным и конденсатором 3, напряжение на котором равно алгебраической сумме записанного напряжения и напряжения, определяемого накопленным за время хранения зарядом.

С помощью блока 5 вычитания вычисляется разность напряжений конденсаторов 3 и 4, которая определяет напряжение на выходе устройства и соответствует записанному в устройство сигналу.

В случае использования парных конденсаторов в качестве накопительных конденсаторов можно практически полностью устранить погрешность, вносимую в хранимую величину напряжения из-за неидеальности операционных усилителей, и более чем на порядок повысить время хранения аналогового сигнала в устройстве. Время хранения ограничено лишь током утечки конденсаторов и той составляющей погрешности, вносимой операционными усилителями, которая существенно зависит от величины хранимого сигнала.

Таким образом, технико-экономический эффект от применения изобретения обусловливается повышенной точностью, позволяющей значительно увеличить время хранения аналогового сигнала и самым существенно расширить диапазон использования устройства запоминания. (56) Авторское свидетельство СССР 1003148, кл. G 11 C 27/00, 1981.

Авторское свидетельство СССР N 1571682, кл. G 11 C 27/02, 1988.

Формула изобретения

АНАЛОГОВОЕ ЗАПОМИНАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО, содержащее первый операционный усилитель, первый накопительный элемент на конденсаторе, первый - пятый ключи, причем управляющие входы первого и второго, третьего и четвертого ключей попарно объединены, информационные входы первого и третьего ключей соединены с информационным выходом пятого ключа и с первой обкладкой первого накопительного элемента на конденсаторе, вторая обкладка которого соединена с информационными выходами второго и четвертого ключей, отличающееся тем, что в него введены второй операционный усилитель, второй накопительный элемент на конденсаторе, шестой - десятый ключи, блок вычитания, генератор тактовых импульсов, повторитель напряжения и четыре ограничительных элемента на резисторах, причем неинвертирующие входы первого и второго операционного усилителей подключены к шине нулевого потенциала, инвертирующий вход первого операционного усилителя соединен с выходами первого и шестого ключей, а выход подключен к информационным входам второго и седьмого ключей, инвертирующий вход второго операционного усилителя соединен с выходами третьего и восьмого ключей, а выход второго операционного усилителя соединен с информационными входами четвертого и девятого ключей, информационный вход пятого ключа через первый ограничительный элемент на резисторе подключен к шине нулевого потенциала, а через второй ограничительный элемент на резисторе - к второй обкладке первого накопительного элемента на конденсаторе и к входу вычитаемого блока вычитания, выход которого является выходом устройства, выход десятого ключа соединен с информационными входами шестого и восьмого ключей и первой обкладкой второго накопительного элемента на конденсаторе, информационный вход десятого ключа соединен через третий ограничительный элемент на резисторе с выходом повторителя напряжения и через четвертый ограничительный элемент на резисторе с выходами седьмого и девятого ключей, с второй обкладкой второго накопительного элемента на конденсаторе и входом уменьшаемого блока вычитания, управляющие входы третьего, четвертого, шестого и седьмого ключей соединены с вторым выходом генератора тактовых импульсов, вход повторителя напряжения является информационным входом устройства, управляющие входы пятого и десятого ключей и вход управления режимом работы генератора тактовых импульсов является входом управления устройства.

РИСУНКИ

Рисунок 1