SU832601A1 - Аналоговое запоминающее устройство - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к аналоговой технике и может быть использовано в системах управлени  движущихс  объектов и вычислительной технике дл неограниченного во времени хранени  мгновенного значени  напр жени  непрерывного аналогового -сигнала. Известно устройство дл  зйпоминани  мгновенного значени  непрерывного сигнала, запоминан ций элемент которого выпблнен в виде генератора пе риодических колебаний на транзисторе охваченного по переменному току цепь отрицательной обратной св зи через последовательно соединенные резистор и диод, выход генератора через транс форматор соединен со входом усилител , а вход по переменному току зашун тирован диодом и через двухпозиционный переключатель св зан с источнико отрицательного входного напр жени , а через цепь положительной обратной св зи, состо щей из целочки последовательно соединенных резистора, диода и интегрирующего RС-звена - с выходом усилител  L- J Недрстатком устройства  вл етс  «о, то оно не может хранить мгновен ное значение напр жени  непрерывного аналогового сигнала неограниченное врем  из-за отсутстви  в устройстве базового элемента пам ти мгновенного значени  напр жени , параметры которого после переключени  схемы в режим . хранени - не зависели бы от процессов , происход щих в схеме, и были неизменными во времени. В режиме хранени  отрицательное мгновенное значение исходного напр жени  на конденсаторе RC-звена, в промежутках между импульсами отрицательной пол рности, поступающими с выхода генератора через усилитель, уменьшаетс  по абсолютной величине из-за наличи  у любого типа конденсатора конечного значени  сопротивлени  утечки. .. В результате уменьшени  исходного зар да на конденсаторе понижаетс  динамическое сопротивление диода на ходе генератора и, как следствие уменьшаетс  амплитуда генерируемых периодических колебаний. - Из-за отсутстви  в схеме базового элемента пам ти, параметры которого удовлетвор ли бы перечисленным требовани м , схема не может скомпенсировать это изменение, а поэтому процесс уменьшени  исходного зар да на конденсаторе продолжаетс  конечное врем  до тех пор, пока на нем не установитс  нулевое напр жение. Наиболее близким к предлагаемому по технической.сущности  вл етс  устройство дл  долговременного запоминани  мгновенных значений аналоговых сигналов, которое пред;ставл ет собой (лногоканальное аналоговое запоминающее устройство, относ щеес  к классу долговременных дискретных конденсатор ных запоминающих устройств многократного действи  с узлом.переработки аналоговой информации в код и узлом обратного преобразовани  кода в аналоговую величину. Элементарна   чейка пам ти устройства представл ет собой сочетание . след щей схемы и врем -импульсного фазового многоустойчивого элемента (МУЭ) с многогорбой амплитудной, .характеристикой . Число равновесных состо ний МУЭ определ етс  соотношением опорной и тактовой частот, которое выбираетс  разработчиком, исход  из требуемой точности устройства. В состав МУЭ входит буферный каскад, компаратор, RS-триггер и усилитель тока. На один вход компаратора поступает напр жение треугольной форчы с выхода внешнего генератора треугольного напр жени , а на другой вход напр жение с запоминакидего конденсатора через буферный каскад, выполнен ный на двух транзисторах. Выход компаратора соедин етс  с од ним из входов RS-триггера, на другой вход которого поступают пр моугольньл импульсы с выхода внешнего генератор пр моугольных импульсов. Импульсы с выхода RS-триггера через усилительтока на одном транзисторепоступают на подзар д конденсатора. Длительность этих импульсов обрат но пропорциональна уровн р напр жени  на конденсаторе. При изменении входного напр жени  от нул  до номинальной величины изменени  длительности импульсов на вы ходе RS-триггера имеют место п раз, где п - соотн.ошение частот генератора пр моугольных импульсов и треугол ного напр жени . След ща  схема.устройства пам ти состоит из компаратора/ инвертора на транзисторе и 2-х зар дно-разр дных . усилителей на 2-х транзисторах и разделительных диодах. На один вход компаратора поступает входной сигнал , на другой вход - сигнал с выхода буферного каскада. По ко1У1анде внешнего источника управл ющий сиг.Нси-1 блокирует выход ком паратора, и напр жение на. конденсаторе сохран етс  за счет работы МУЭ 2 Недостатком данного устройства  в л етс  то, что точность его работы в режиме хранени  аналогового сигнала ограничена заранее выбранным конечным числом дискретных равновесных состо ний в многогорбой амплитудной характеристике МУЭ. Цель изобретени  - повышение точности работы устройЪтва. Поставленна  цель достигаетс  тем, что в аналоговое запоминающее устройство , содержащее накопительный элемент , например конденсатор, одна из обкладок которого соединена с шиной нулевого потенциала, друга  обкладка конденсатора соединена со входом усилител , выход которого соединен с выходом устройства и одним из входов компаратора/ другой вход компаратора подключен к первой шине управлени , первый RS--триггер, S-вход .которого соединен с выходом компаратора, и вторую и третью шины управлени , введены коммутатор, ключи и второй RS-триг-. гер, выход которого соединен с R-BXOдом первого RS-триггера, R-вход второго RS-триггера соединен со второй шиной управлени  и одним из входов коммутатора, S-вход второго RS-триггера подключен к третьей шине управлени , выход первого RS-триггера соединен со входом генератора пр моугольных импульсов, выход которого соединен с одним из входов первого ключа, выход первого ключа соединен с выходом коммутатора и входом усилител , другой вход первого ключа соединен с выходом второго ключа, один из входов которого соединен с выходом-компаратора , другой вход второго ключа соединен с первой шиной управлени , другой вход коммутатора подсоединен ко входу устройства. На чертеже представлена функциональна  схема предложенного устройства . Устройство содержит коммутатор 1, усилитель 2, накопительный элемент, например/конденсатор 3, ключи 4 и 5, генератор 6 пр моугольных импульсов, компаратор .7, RS-триггеры 8 и 9, шины 10-12 управлени . Предлагаемое устройство может работать в следующих двух режимах-: 1.Режим слежени  за напр жением входного сигнала. В режиме выходное напр жение устройства следует за изменени ми напр жени  входного сигнала. 2.Режим пам ти, когда устройство сохран ет мгновенное значение напр жени  входного сигнала, до которого был зар жен конденсатор в момент включени  режима. Режим слежени . Командный сигнал Слежение в виде напр жени  посто нного тока, соответствукадего логической 1, поступает с шины 11 управлени  -на управл ющий вход коммутирующего устройства и на R-вход RS-триггера 9, устанавлива  на его выходе напр жение, соответствующее логической 1, Одновре менно коммутатор 1 замыкает вход устройства с потенциальной обкладко конденсатора 3, входом усилител  2 выходом ключа 4. Усилитель 2 представл ет собой ,электрическую схему с вход-ным сопро тивлением RBX °° выходным - RBMX О, с коэффициентом передачи К +1. Напр жение с выхода RS-триггера 9, соответствующее логической 1, поступает на R-вход RS-триггера 8, при этом на его выходе по вл етс  напр жение, соответствукщее логичес кому и колебани  .на выходе- гене ратора пр моугольных импульсов б отсутствуют . Выход ключа 4 посто нно соединен со входом усилител  2 и потенциальной обкладкой конденсатора 3, а на один из входов ключа 4 поступают,- в режиме хранени , положительные пр моугольные импульсы с выхода генератора 6 пр моугольных импульсов. Следовательно, ключ 4 находитс  в разомкнутом состо нии и напр жение треугольной формы с шины 10 управлени  не проходит на подзар дку конденсатора 3. Посто нна  времени цепи зар да ко денсатора 3 (TC С i ) определ  етс  произведением величины его емкости на выходное сопротивление источника входного сигнала (Rgbix). При значении Т Tg (где TBX- период колебаний непрерывного аналб гового входного сигнала) можно считать , что схема безинерционно переда ет напр жение входного сигнала на выход устройства. Выходное напр жение устройства поступает на один из входов компаратора 7, на другой вход которого пода етс  напр жение с шины 10. На выходе компаратора 7 формируютс  пр моуголь ные положительные импульсы в момент превышени  текущим значением треугол ного напр жени  мгновенного значейи  напр жени  аналогового входного сигнала . длительность этих импульсов обрат но пропорциональна мгновенному значе нию напр жени  аналогового входного сигнала. Эти импульсы не мен ют О состо ние выхода RS-триггера 8, так как на его R-входе присутствует логи ческа  .1, поступающа  с выхода RS-триггера 9, на S-вход которого поступают положительные пр моугольные импульсы с шины 12, но сдвинутые по фазе относительно треугольного напр жени  на шине 10 на 180° и равные с ним по частоте повторени  колебаний . Логическа  1 на выходе RS-триггера 9 сохран етс .до тех пор пока H его R-входе присутствует команца Слежение с шины 11. Одновременно пр моугольные импульсы с выхода компаратора 7 поступают на другой вход второго ключа 5, перевод  его периодически в замкнутое состо ние. Режим пам ти. Команда Пам ть поступает с шины 11 управлени  в виде посто нного напр жени  нулевого уровн , соответствующее логическому состо нию О. По этой команде .коммутатор 1 размыкает цепь прохождени  напр жени  входного сигнала на зар д конденсатора 3. Изменение исходного логического состо ни  выхода RS-триггера 9 с 1 на О произойдет с приходом на его 5-вход положительного импульса с шины 12 управлени . Изменение исходного логического состо ни  выхода RS-триггера 8 с О на 1 произойдет одновременно с приходом на его S-вход положительного импульса с выхода компаратора 7, что приведет к запуску генератора пр моугольных импульсов 6. С запуском генератора 6, на егчэ выходе формируютс  положительные управл ющие импульсы с частотой повторени , соответствукщей частоте повторени  колебаний на шине 10 управлени , но сдвинутых во времени на величину ITjg. ГПИ пр мо пропорциональную величине мгновенного значени  напр жени  входного сигнала на конденсаторе 3 в момент поступлени  команды Пам ть на шине 11 управлейи . Благодар  наличию посто нного фазового сдвига между управл ющими импульсами на входах последовательно включенных ключей 4 и 5, на вход усилител  2 и обкладку конденсатора 3 поступают положительные треугольные, импульсы с шины 10 управлени  с амплитудой , равной мгновенному значению исходного напр жени  .входного сигнсша. Частота повторени  этих шлпульсов, а следовательно, и частота колебани  напр жени  на шине 10 управлени  выби-. раютс  из услови  значительного ее превышени  максимально возможной частоты в спектре входного сигнала. В этом случае с достаточной точностью можно утверждать; что устройство запоминает мгновенное значение напр жени  входного сигнала. Амплитуда импульсов на шине 10 управлени  должна быть выбрана несколько большей максимального уровн  напр жени  входного сигнала. Точность известного устройства в режиме хранени  определ етс  выбранным количеством дискретных уровней напр жени  в многогорбой амплитудной характеристике. В предложенном устройстве его амплитудна  характеристика  вл етс  непрерывной функцией входного сигнала, а следовательно, и точность предлагаемого устройства в режиме хранени  выче.

Частота повторени  импульсов на шине 10 управлени  выбираетс  из услови , чтобы за 2 такта снижение исходного напр жени  на конденсатрре 3 за счет его разр да дКс было минимальным .

Значение д.11с определ етс  по формуле

И)

ли. где .ли Р - уменьшение напр жени  .на -конденсаторе за 2 периода колебаний напр жени  на шине 10 управлени ; Зр - суммарный ток разр да кон денсатора 3, определ емЕом шунтирующим действием сопротивлени  утечки конден сатора, внутренним сопротивлением коммутатора 1 и ключей 4 и 5 в разомкнуто состо нии и входным сопро тивлением усилител  2; С - величина емкости конденсатора 3; Т - длительность периода повторени  импульсов .на шине 10 управлени . Пример. Зр 0,5-10 А} с 1 МКФ; l Bbtx-MOKc. 10 В; 118; Т « In тз II мокс. ,510- с дие ,.5.1оЛ ,5-10 1-10 Относительна  ошибка cfU (при 10 в) определ етс  -100% 0,025% 10-10 ( у известного устройства «УU% 1% при U8i,ix,Nva«t б В) . Дополнительным резервом повышени  точности в предложенном устройстве по сравнению с известным  вл етс  на личие в нем ключей 4 и 5, которые размыкают св зь между цепью зар да конденсатора 3 и выходом схеки кор, рекции посто нно в режиме слежени  и замыкают только на врем  прохождени  зар дного импульса с шины 10 управлени  в режиме пам ти.

Предлагаемое аналоговое запоминающее устройство на конденсаторе позвол ет решить задачу построени  малогабаритной аналоговой .след щей системы управлени  и стабилизации летательных аппаратов, на неограйй знное врем  с минимальной /погрешностью, составл ющей .сотые доли процента максимальной величины входного сигнала и мгновенным быстродействием слежени  за его изменени ми. ФО1Ж1ула изобретени  Аналоговое запоминающее устройсто , содержащее накопительный элемент, например конденсатор, одна из обклаок которого соединена с шиной нулеого потенциала, друга  обкладка коненсатора соединена со входом усилител , выход которого соединен с выходрм устройства, и одним из входов компаратора, другой вход компаратора подключенк первой шине управлени , первый RS-триггер, S-вход которого соединен с выходом компаратора, генератор пр моугольных импульсов, и вторую и третью шины управлени , о т ли чающе е с   тем, что, с целью повышени  точности работы устройства,в него введены коммутатор, ключи и второй RS-триггер, выход которого соединен с R-входом первого RS-триггера, R-вход второго RS-триггера соединен со второй Шиной управлени  и одним из входов KONwyTaTOpa, S-вход второго RS-триггера подключен к третьей шине управлени , выход первого RS-триггера соединен со входом генератора пр моугольных импульсов, выход которого соединен с одним из входов первого ключа, выход первого ключа соединен с выходом коммутатора и входом усилител , другой в.ход первого ключа соединен с выходом второго ключа, один из входов которого соединен с выходом компаратора, другой вход второго кЛ1рча соединен с первой шиной управлени , другой вход коммутатора подсоединен ко входу устройства. Источники информации прин тые во внимание при экспертизе , 1. Авторское свидетельство СССР № 257156, кл. G 11 С 27/00, 16.09,68. 2. Автометри , 1972, № 3, с. 122125 (прототип).

Q О

Claims (2)

1. Формула изобретения

   При Зр ⁼ ι

   AU_C
2. 2-0,5-10~⁶· 2,5' 10~³

   1· 10'⁶

   Относительная ошибка rfU дпри ^{10 В}) определяется = 2,5- Ю-’

   Аналоговое запоминающее устройство, содержащее накопительный элемент, например конденсатор, одна из обкладок которого соединена с шиной нулевого потенциала, другая обкладка конденсатора соединена со входом усили20 теля, выход которого соединен с выходрм устройства, и одним из входов компаратора, другой вход компаратора подключен· к первой шине управления, первый RS-триггер, S-вход которого соединен с выходом компаратора, генератор прямоугольных импульсов, и вторую и третью шины управления, о т ли чающе е с я тем, что, с целью повышения точности работы устройствам него введены коммутатор, ключи и второй RS-триггер, выход которого соединен с R-входом первого RS-триггера, R-вход второго RS-триггера соединен со из го не гера соединен со входом генератора прямоугольных импульсов, выход которого соединен с одним из входов первого ключа, выход первого ключа соединен с выходом коммутатора и входом усилителя, другой вход первого ключа соединен с выходом второго ключа, один из входов которого соединен с 45 выходом компаратора, другой вход второго ключа соединен с первой шиной управления, другой вход коммутатора подсоединен ко входу устройства.