книги из ГПНТБ / Аналоговые запоминающие и адаптивные элементы

В общем случае этот функционал может иметь достаточно слож­ ный вид. Однако если время записи выбрано достаточно боль­ шим и инерционностью самого элемента можно пренебречь, то выражения для F получаются простыми и чаще всего встреча­ ются следующие случаи:

В формуле (В-5) входной сигнал определяет не само значение •Хвых, а лишь его изменение по отношению к ранее установлен­ ному значению Х*вых. Поэтому перед записью необходимо про­ извести операцию «сброса» на определенный исходный уровень Хвых.исх- В случае (В-4) такая операция также является необ­ ходимой, однако исходный уровень может быть не фиксирован,

реальный АЗЭ запоминает и хранит сигнал, пропорциональный

(В-5) длительность записи сама может играть роль входной переменной. Действительно, если положить величину подынте­

Во многих случаях аналоговый признак удобно задавать не временем записи или амплитудой, а площадью импульсной

10

входной переменной. Тогда с входным сигналом удобно отожде­ ствлять сам интеграл в выражении ( В - 5 ) , которое в этом слу­ чае примет вид:

Как было отмечено выше, выходной сигнал не может по­ явиться без подачи специального сигнала считывания или воз­ буждения V. Физическое состояние особых компонентов схемы (носителей информации), которое было установлено в процессе записи, может быть либо нарушено сигналом считывания, либо остаться неизменным. В соответствии с этим различаются два типа АЗЭ: с разрушающим и неразрушающим считыванием. АЗЭ первого типа являются более простыми, однако для сохра­ нения записанной информации они требуют перезаписи.

Из изложенного выше следует, что запись аналоговых сиг­ налов может производиться посредством АЗЭ только для ди­ скретных значений времени. В этом состоит принципиальное отличие АЗЭ от широко известных устройств записи аналоговых сигналов на подвижный магнитный носитель (магнитную ленту, ферромагнитное покрытие магнитного барабана или диска). При бесконечно большом количестве АЗЭ и при возможности последовательно записать значения функции для любых сколь угодно близких значений времени (т3 ап—>-0) будет иметь место предельный случай, соответствующий записи аналоговой инфор­

мации на подвижный носитель.

11

В качестве простейшего АЭ может быть использован обыкно­ венный потенциометр (рис. В - 2,а), выходной сигнал которого у=сх, где х — входная переменная, а с — коэффициент деления или, как часто говорят, «вес» входного сигнала. Значение с определяется положением движка потенциометра. В общем случае функциональные возможности АЭ (рис. В-2,б) опреде­ ляются соотношениями вида

(В-8)

В этой формуле ty(x)—некоторая функция, зависящая от фи­ зической реализации элемента (пример такой функции приведен в § 4-5,6"); z— сигнал адаптации, аналогичный входному сигна­

но связь между ними задается переменным параметром с, уста­ навливаемым заранее. Кроме того, как следует из ( В - 8 ) , АЭ не только является элементом памяти, но и выполняет арифме­ тическую операцию умножения. Нетрудно показать, что АЗЭ является частным случаем АЭ. Действительно, положив в фор­

Характерная особенность АЭ состоит в том, что параметр адаптации с входит в формулу (В-8) линейным образом, ины­ ми словами, он играет роль переменного коэффициента усиле­ ния или роль «веса». Определение АЭ как весового элемента было дано Крафтсом [Л. 2] в соответствии с достигнутым в то время уровнем технических разработок. В § 4-2 будет показано,

Как следует из рис. В-2,в, АЭ может быть представлен в ви­ де последовательно соединенных АЗЭ и множительного элемен­ та. Тот факт, что при этом ty(x)s^x не имеет значения, так как введение функции г|з(х), как отмечалось выше, обусловлено не принципиальными соображениями, а особенностями технической

12

Zтребует использования аналого-циф­ ровых и цифро-аналоговых преобра­ зователей, которые в целом ряде

случаев не могут быть применены по соображениям экономичности и на­ дежности. Кроме того, цифровые ме­

АЗЭ тоды неизбежно приводят к увели­ чению времени записи и считыва­ ния. Особенно заметным является

/преимущество аналоговых устройств памяти перед цифровыми в области адаптивной переработки информа­

13

В настоящее время вне зависимости от области применения АЗЭ и АЭ можно кратко сформулировать следующие общие требования, предъявляемые к ним.

1. Непрерывная зависимость выходной величины от вход­ ной во всем диапазоне изменения последней, заданная с опре­ деленной точностью.

4.Небольшие масса и габариты.

5.Низкая стоимость.

Кроме того, к специфическим требованиям, часто являющи­ мися определяющими, можно отнести:

6. Возможность использования в матричных схемах.

7.Возможность неразрушающего считывания.

8.Отсутствие потребления энергии в течение периода хра­ нения информации.

Естественно, что для различных областей применения АЗЭ и АЭ сформулированные выше требования являются в различ­ ной степени важными, и не существует элементов, удовлетво­ ряющих одинаково хорошо всем разнообразным требованиям. Можно отметить, например, что для АЗЭ, работающих в анало­ говых или аналого-цифровых вычислительных машинах, наибо­ лее важной чертой является высокая точность, а для АЭ необ­ ходимы прежде всего невысокая стоимость, малые габариты и низкая потребляемая мощность, неразрушающее считывание и координатная выборка при записи. Требования, предъявляемые к элементам, предназначенным для работы в той или иной кон­ кретной области, определяют и конкретные физические средст­ ва для их создания, рассмотрению которых и посвящена на­ стоящая книга.

В процессе работы АЗЭ и АЭ можно выделить два режима: ре­ жим записи и режим считывания информации. В процессе запи­ си под воздействием сигнала записи Хзап изменяется состояние носителя информации, характеризуемое некоторой физической величиной Р. Например, в магнитных АЗЭ изменяется остаточ­

14

параметров записи может быть получено семейство характери­ стик записи. Например, изменяя площадь импульсов напряже­ ния, можно получить семейство зависимостей остаточного по­ тока в магнитном АЗЭ от числа импульсов записи. Состояние носителя, установленное во время записи, определяется в про­ цессе считывания. Например, значение остаточного потока в магнитном сердечнике, как показано в гл. 2, может быть счи­

вается характеристикой считывания. Для АЭ она снимается при фиксированном входном сигнале x = const. Если изменить пара­ метры сигналов возбуждения, то можно получить семейство характеристик считывания. Так, изменяя м. д. с. возбуждения магнитного сердечника при высокочастотном считывании ( § 2 - 2 ) , получим семейство зависимостей выходного сигнала от остаточ­ ного потока. Таким образом, характеристикой записи называет­

Для АЭ в формуле (В-10) в соответствии с используемыми обо­ значениями Хвых заменяется на у. Как отмечалось выше, эта характеристика имеет место при x = c o n s l .

Отметим также, что иногда под характеристиками записи понимается и «сквозная» зависимость вида

Необходимость в такой характеристике возникает всякий раз, когда измерение величины Р затруднительно и ее значение про­ является только через посредство выходного сигнала.

Классификация всех типов АЗЭ и АЭ может быть проведена как по способу записи, так и по способу считывания. Для запи­ си информации в зависимости от требуемой точности приме­ няются разомкнутые или замкнутые методы (см. § 3-1). Ра­ зомкнутые методы используют непосредственную зависимость между Х3&п и Л а в замкнутых методах применяется принцип отрицательной обратной связи, позволяющий контролировать процесс записи (рис. В - 3 ) . В последнем случае большая точ-

15

с неразрушающим считыванием. Элементы первого типа более просты, однако следует учитывать, что при многократном счи­

Соотношение (В-2) между входным и выходным сигналами на практике не может быть выполнено абсолютно точно. Предста­ вим себе, что на вход элемента подаются квантованные по ве­

ставляющей выходного сигнала. В общем случае £ зависит как от внешних условий работы АЗЭ (например, температуры), так

которая по крайней мере принципиально может быть скомпен­ сирована. Разброс случайной величины вокруг своего матема­ тического ожидания представляет собой чисто шумовую состав­ ляющую, которая принципиально уже не может быть скомпен­ сирована, вследствие этого для определения понятия точности

16 ..

ный интервал шириной 2е такой, что £ попадает в него с вероят­ ностью р [Л. 11], иными словами, неравенство \М[%\—£|<е вы­ полняется с вероятностью р. Общее отклонение величины вы­ ходного сигнала от правильного значения с заданной вероят­ ностью лежит в пределах от .M[)g]-he до М{£\—е. Ширина сту­ пени (или шаг квантования) S, соответствующая данному зна­ чению ХВц и фиксированным внешним условием, составляет:

л* н - в < о .

Если ввести нелинейную функцию h (а) такую, что

ширины ступени к разности максимально и минимально воз­ можных значений выходного сигнала

и вместе с ним ширины ступени S, вообще говоря, могут менять­ ся в зависимости от величины выходного сигнала. Поэтому сле­ дует говорить о погрешности б при данной величине Хвых или же просто о максимальной погрешности во всем диапазоне из­ менения Хвых. Часто для относительной погрешности специально не указываются соответствующие значения ХВЪ1Х и доверитель­ ной вероятности р; во всех этих случаях подразумевается, что

Н,>-УЧ;Ю-ТЕ:>.*.»ЧЕ: KAI-. ВИБДИОТЕКА С С С Р j

Кроме рассматриваемой выше величины относительной по­ грешности б, в качестве показателя точности работы АЗЭ используют такую характеристику, как общее число возможных дискретных уровней выходных сигналов d, различаемых между собой с вероятностью р. Если ширина ступени S не зависит от уровня сигнала, то d определяется по формуле

J -^"вых.макс ^"иых.млн / р 1 Оч

Величина d является интегральной характеристикой точности и определяет емкость АЗЭ, но, естественно, она не показывает изменения ширины ступени по длине всего диапазона.

Характеристики распределения >| для магнитных АЗЭ изу­ чал Хаас [Л. 12]. Им показано, что это распределение в общем случае подчиняется нормальному закону. Можно предположить, что и для других типов АЗЭ также сохраняется нормальный закон, так как на разброс выходного сигнала влияет целый ряд независимых причин. Как известно, функция нормального рас­

где F(XBXi) —точное значение выходного сигнала, определяе­ мое расчетным путем, а Х\ЫХ{ — измеренные на выходе значе­ ния при т последовательных подачах на вход одной и той же величины XBxi- Обычно при т = 20—30 формулы (В-19) и (В-20) дают достаточно хорошие результаты [Л. 11].

18