Устройства аналоговой памяти (устройства “выборки - хранения”)(УВХ).

 

Они позволяют по импульсу записи осуществлять запоминание и хранение величины входного аналогового сигнала.

 

U_ВЫХ(t) ® U_ВХ(t)

При Dt®0

U_ВЫХi(t) = U_ВХ(t), t_i – момент для подачи импульса записи.

В момент подачи импульса U_У С заряжается до U_ВХ. В момент подачи импульса U_З, происходит запись входного сигнала УВХ и идеальный УВХ не меняет напряжения на выходе, вплоть до поступления следующего импульса записи.

В момент подачи импульса U_З погрешность отсутствует.

D U_ВЫХМАХ  » (d U_ВХ(t)/dt)_МАХ · Dt

Реализация:

При замыкании ключа коротким импульсом U_З, от источника U_ВХ потечет громадный зарядный ток, который мгновенно заряжает С до величины U_ВХ­(t₀). Далее при размыкании U_ВЫХ сохраняется равным U_С.

 

U_ВХ = const

 

Параметры идеального УВХ:

Сопротивление ключа равно 0 (когда он замкнут), либо ¥ (разомкнут).

Емкость С близка к 0, а внутреннее сопротивление источника U_ВХ также близко к 0 – в этом случае запись происходит мгновенно. Сопротивление утечки С = ¥ и сопротивление нагрузки на УВХ равно ¥ - в этом случае записанный ранее результат будет сохранять значения долго, т.к. разряд конденсатора отсутствует.

 

 

Лекция№10

 

Реальная схема замещения в режиме записи будет иметь вид:

U_KМАХ = (d U_ВХ(t)/dt)_МАХ *Dt

DU_УСТ определяется делителем r_ВН, R_КЗ, R_У, R_H.

Запись идет по экспоненте, в установившемся режиме имеется погрешность установления, т.е. не доходит до U_К.

 

I DU_УСТ = U_К R_У || R_H/(R_У || R_H + r_ВН + R_ЗАМ) (1)

R_У || R_H/(R_У || R_H + r_ВН + R_ЗАМ) = А.

DU_ЗАП(t) = [U_К - DU_УСТ] e ^{–(t-t0)/tз} (2), где t_З = R_У || R_H || (r_ВН + R_ЗАМ)*C»

» (r_ВН + R_ЗАМ)*C, т.к. R_У и R_H можно подобрать большими.

Вывод:

1) R_У и R_H – должны быть максимальные (из(1));

2) r_ВН и R_ЗАМ - должны быть минимальные (из(1));

3) С должны быть минимальной (из(2)); условие (А)

 

DU_ЗАП(t) = DU_УСТ + DU_ЗАП(t₀ + t_З)

h_ЗАП» U_К [K_Д + e ^{– (t0 – tз)/tз} ]/ U_KМАХ, где K_Д = А

Процесс хранения.

DU_ХР(t) = [U_К - DU_УСТ](1 - e ^{–(t – (t0 + tз))/tхр}); t_ХР = R_У || R_H || (r_ВН + R_РАЗ)*C»

» R_У || R_H || R_РАЗ*C   (3)

Поскольку DU_ХР(t) величина маленькая, то (3) можно заменить линейной зависимостью, только для t₀ + t_З:

DU_ХР(t) = (U_К - DU_УСТ)(- (t – (t₀ + t_З))/t_ХР (3^’)

h_ХР» U_Кt_ХР/ U_KМАХt_ХР.

DU_S = DU_ЗАП(t₀ + t_З) + DU_УСТ + DU_ХР(t₀ + t_З + t_ХР)

h_S = h_ЗАП.

Из (3) следует, что R_У, R_H, r_ВН аналогичное значение, а R_РАЗ стремится к ¥.

Для улучшения хранения, С должно быть максимальным. условие (Б).

Условия (А) и (Б) противоречат друг другу, поэтому при реальном проектировании, задача разработчика найти оптимальное значение С. При этом необходимо выбрать элементную базу, прежде всего ключи, конденсатор, буферные ОУ. А так же назначить оптимальное значение t_З.

Исходные данные для синтеза УВХ является DU_S. Исходя из этого DU_УСТ нужно снизить, а DU_ЗАП(t₀ + t_З) и DU_ХР(t₀ + t_З + t_ХР) назначают равными.

 

Схема реализации УВХ.

Для обеспечения минимального r_ВН можем использовать КМОП транзистор:

 

Если учитывать ВАХ:

для обеспечения режима записи, необходимо, чтобы

I) U_ЗОТК ³ U_ОТК + U_ВХМАХ

режим хранения

II) U_ВХMIN – |U_ПОР| ³ U_ЗЗАКР

Чтобы не искать источник импульсов удовлетворяющий I и II можно использовать микросхемы стандартных ключей (561 КТ1; 176 КТ3; 590 КН2 и другие.).

Недостатки схемы: Невысокая точность записи, т.к. запись осуществляется по разомкнутому принципу, т.е. сигнал формируется последовательно.