17.4. Аналоговые коммутаторы с памятью

Выходное напряжение аналогового коммутатора с памятью в состоянии «включено», как и в обычных схемах аналоговых коммутаторов, должно быть точно равно входному. В выключенном состоянии оно должно оставаться таким, каким было в момент выключения. Для этого, как показано на рис. 17.17, можно использовать конденсатор, заряжаемый через последовательный коммутатор до величины входного напряжения Uе. При закрывании транзистора коммутатора напряжение на конденсаторе останется неизменным, если будет отсутствовать разрядный ток. Поэтому на входе ОУ 2 должны быть полевые транзисторы.

Качество аналогового коммутатора с памятью характеризуется величиной дрейфа фиксируемого напряжения . Он складывается из тока утечки конденсатора и коммутатора, а также из входного тока операционного усилителя ОУ 2.

При заданном токе утечки величину дрейфа фиксируемого напряжения можно уменьшить путем увеличения емкости С. Однако это ухудшает характеристики схемы в фазе считывания входного напряжения. Важнейшей характеристикой схемы в этом рабочем состоянии является время установки te. Оно определяет, как долго при самых неблагоприятных условиях длится процесс заряда конденсатора до величины входного напряжения с заданным уровнем допуска.

Усилитель ОУ 1 служит для уменьшения времени установки при высокоомном источнике входного сигнала. В зависимости от требуемой точности отслеживания входного напряжения для времени установки справедливо следующее соотношение:

Как следует из формулы, это время пропорционально емкости С. При больших значениях разности напряжений время te может почти втрое превышать значение, получаемое по вышеуказанной формуле, так как ток заряда конденсатора ограничивается выходным сопротивлением операционного усилителя или полевым транзистором.

Дополнительным источником погрешности является то, что из-за конечности емкости затвор - канал при запирании транзистора от конденсатора отбирается некоторый заряд. Это обусловливает величину погрешности фиксации напряжения

Так как C_GD составляет несколько пикофарад, величина запоминающей емкости должна быть не. менее 1 нФ, чтобы точность была около 0,1%. Лучшие соотношения обеспечивает схема коммутатора, построенного на основе диодного моста, (рис. 17.5), так как вследствие симметрии управляющих сигналов емкостное влияние диодов коммутатора взаимно компенсируется. В этой схеме можно использовать значительно меньшие величины запоминающей емкости, а время установки может быть снижено с 500 нс (для схемы на полевом транзисторе) до 20 нс.

Другой важной характеристикой аналоговых коммутаторов с памятью является время запаздывания 1д. Оно определяется как время задержки между моментом снятия управляющего напряжения и фактическим запиранием последовательного коммутатора. Эта задержка подвержена значительным флуктуациям, которые называются ошибкой запаздывания t_a. Из-за наличия этой составляющей момент фиксации напряжения оказывается неопределенным, В схеме, представленной на рис. 17.17, уровень управляющего напряжения, при котором происходит запирание коммутатора, зависит от мгновенного значения входного напряжения. Так как скорость нарастания управляющего напряжения конечна, при измерении получаются различные значения времени запаздывания, которые можно характеризовать систематической ошибкой запаздывания. Она будет тем меньше, чем круче фронты импульсов управляющего напряжения.

Как уже отмечалось, операционный усилитель ОУ 2 должен иметь на входе полевые транзисторы. Влияние его напряжения смещения может быть сведено к нулю, если ввести, как показано на рис. 17.18, общую отрицательную обратную связь, охватывающую всю схему-с выхода усилителя ОУ 2 на вход усилителя ОУ 1.

Когда коммутатор находится в состоянии «включено», потенциал выхода V₁ операционного усилителя ОУ 1 устанавливается таким, что Ua = Ue При этом напряжение смещения, возникающее из-за наличия коммутатора и операционного усилителя ОУ 2, сводится к нулю. Диоды D₂ и D₃ в этом состоянии схемы заперты, так как падение напряжения на них V₁ — Ua, равное указанному напряжению смещения, достаточно мало.

При запирании транзистора коммутатора выходное напряжение остается неизменным. Резистор R₁ и диоды D₂ и D₃ предотвращают насыщение операционного усилителя ОУ 1 в этом состоянии схемы. Эта цепь необходима для того, чтобы нормировать время te при включении коммутатора.

Рассмотренная схема выпускается в монолитном интегральном исполнении фирмой National под- названием LF 398. Она имеет следующие основные параметры (при величине запоминающей емкости С = 10 нФ):

дрейф фиксируемого напряжения 3 мВ/с время установки (для точности 1%) 20мкс статическая ошибка Ua равна 1 мВ.