Измеритель амплитуды импульсов Советский патент 1983 года по МПК G01R19/04 

1 2. Идалеригепь поп. l.ornHHaro щ и ft с я тем, что селектор непрерывности импупьсов выпопнен в виде дешифратора, мупьгиппексора, триггера и счетчика, счетный вход которого является первым входом селектора непре|Лэ ввости импульсов, вход запрета счетчика соединен с выходом мультиплексора, являющимся выходом селектора непрерывности импульсов, а выход - с втюаам 13 дешифратора, первый и второй выходы которого соединены соответственно с пер вым и вторым информационными входами мультиплексора, адресныйвход которого соединен с выходом, триггера, вход сброса которого соединен с входом с&роса счетчика и является вторым входом селектора непрерывности импульсов, а вход установки триггера является его третьим входом., .

Изобретение относится к электронной измерительной технике и может быть использовано в быстродействующей контрольно-измерительной аппаратуре для измерения и исследования параметров электрических, импульсных сигналов.

По основному авт.св. № 691767, из вес те иизмерите ль амплитуды импупьсов, содержащий усилитель постоянного тока, блок стробирования, два стробируемых одмовибратора, накопительный конденсатор, одна обкпадка которого соед№нена с нулевой шиной, а другая подсоединена к выходам блоков заряда и разряда, а через согласующий каскад и первый резистор - к первому входу усилителя постоянногх) тока, первый вход которого через второй и третий резисторы соединен соответственно с выходом инвертора. и через четвертый резистор с вторым входом усилителя постоянного тока, выход которого соединен с первыми входами строЬнруемых рдновибраторов, вторые входы которых соединень с выходом блока сгробирования, выход первого стробируемого одновибратора соединен с входом блока заряда и с первым входом блока стро&ирования, второй вход которого подключен к входу блока разряда и выходу второго стробируемого одиовибратора, а вход инвертора подключен к выходу согпасующегю каскада Щ .

Недостатксзм известного измерителя амплитуды импульсов является большое время преобразования амплитуды входж го измеряемого сигнала, что ве позволяе контролировать быстрые юменения ам/ппйтуды входного сигнала и ограничивает возможность использовакия измерителя в быстродействующих системах контроля,, Это обусловлено малой личиной прнрашений напряжения на накопительном конденсаторе за время действия выходных VMnynbcoB стробируемых одновибраторов, увеличение которого с целью уменьшения времени преобразования приводит к увеличению погрешности преобразования измерителя.

Цель изобретения - уменьшение времени преобразования амплитуды измеряемых сигналов. .

Поставленная цель достигается тем,, что в измеритель амплитуды-импульсов дополнительно введены два селектора непрерывности импульсов, два элемента И, блок форсированного заряда и блок форсированного разряда, причем первый вход первого селектора непрерывности импульсов соединен с выходом первого строоируемого одновибратора, вторым входом второго селектора непрерывности импульсов и первым входом первого элемента И, а первый вход второго селектора непрерывности импульСов соединен с выходом второго стробируемого одновибратора, вторым входом- первого селектора непреуывности импульсов и первым входом второгчэ элемента И, выход первого селектора непрерывности импульсов соединен с третьим входом второго сетлектора непрерывности импульсов и с вторым входом, первого элемента И, выход которого через блок форсированного ааряда подаспюнен к накопительшэлу конденсатору, выход второга селектора непрерывности .импульсов соединен с трет1гVM входом первого селектора непрерывности импульсов и с вторым входе второго элемента И, выход которого чердаф блок форсированного разряда подклк чен к накопительне у конйенсатору. Кроме того, сепектор непрерывности (мпупьсов содержит дешифратор, мупьт ппексор, триггер и счетчик, счетный вход Которого явпяется первым входом, сепектора непрерывности |мпупьсов, вход запрета счетчика соединен с выходом. мультиплексора, являющимся выходом сепектора н хрерывнести {мпупьсов, а выход - с. входом дешн||фатора, первый и второй выходы которогр соединены СО ответственно с первым и вторым внфор маивонными входами мупьтштексрра, адресный вход которого соединен с выходом триггера, вход сброса которого соединен с входом счетч в и я пиется вторым входом ceneKToipa непрерывности {мпупьсов, а вход уста-новки триггера является его третьяк входом. На фиг. 1. вэображена нкпиональпая схема измерителя амппитущл вмпуш сов; на фиг. 2 - схема сепектора н&г прерывности импульсов; на фиг. 3 - ; вариант выпопнения блоков форсирсжанвого заряда, и форсироваввого разряда. Измеритель амплитуды импульсов (фиг ,,1) содержит первый и второй .входы 1 и 2. измерителя, резисторы 3-8, операпионный усилитель 9,стробируемый одновйьратор Юс высокт вход№м порогом срасштывания, стробируемый одновиьратрр 11 с.низким входным nop( гом срабатывания, блок 12 строоирова- вн, 1&ход 13 ртробирования иэмеритеий, блок 14 заряда, блок 15 разряда, вакопительный конденсатор 16, cornacyio ший каскад 17 Инвертор 18, первый в второй сёлекто{в 1 19 и 2О непрерывности импульсов, первый 21 и второй 22 элементы И, блок 23 форсированного заряда, блок 24 форсированного разряда. Выход 25 согласующего :каскада являет- ся выходом измерителя. Каждый селектор 19 и 2О 1ШП|рерыв ности шшульсов (фиг. 2) содержит пер- вый, второй и третий входы 26-28 со лектора, дешвфратор 29, мультиплексор ЗО, триггер 31, счетчик 32. Выход 33 мультиплексора является выходом сепектора непрерывности импульсов. Входы 1 и 2 измерителя амплитуды гадпульсов (фиг. 1) соединены соответс вешю через резисторы 3 и 4 с входами операционного усилителя 9. Выход j iiejptt ционного усилителя 9 соединен с входамк одновибраторов 10 и 11. Входы строь рования одновибраторов подсоединепл к выходу блока 12 строоирования, запускаюший вход которого подсоединен с вюду 13 стробирования ввМервтепя. Выход одвоввбратора 1О соединен с входом бло-ка 14 заряда, первым запрещающим входом блока 12 стробирования, первым Входсм первого селектора 19 непреры| ности импульсов, первым входом первого елемента И. 21 не входом второго селектора 20 непрерывности импульсов. : Выход одноввбратора 11 соединен с входом блоха разряда, -вторым запрещак шим входом блока 12 строоирования, первым входом второго селектора 20 н прерыв1юоти шпупьсов, первым входом второго елемента И 22 и с вторым вхо« рюм первого селектора непрерывности импульсов. Выход первого селектора 19 непрерывности импульсов соединен с вто рым входом первого элемента И 21 и с третьим входом второго селектора непрерывнсюти импульсов. Выход второго се-, лтстора 20 непрерывности соединен с вторым входом второго елемента И 22 и с третьим входом первого селектора непрерыв||кх:ти щтульсов. Выходы первого и второго элементов И 21 в 22 соединены соответственно с входом блоков ,23 форссдрованяого заряда и 24 форсирсь ванвого разряда. Выходы блоков 14 эаряда 15 разряда, 23 форсированного зартда и 24 форс1вфованного разряда подсоединеяы к вакопительнсму конденсатору 16 и к входу согласующего каскада 1.7. Выход согласующего каскада 17 через резисторы 5 в 7 соединен соответственно с инвертирующим входом операционного усилителя 9 в первым вхоном 1 измервтеля (ппвтуды Щушульсов, а через.инвертор 18 и резисторы 6 в 8 соответс веннр с вевавертвруюо1п«( входом (шероционного усилителя 9 и входом 2 измерителя. I ;sj. Першлй вход 26 селектора вепреры -. вости 1 гшульсов (фиг. 2) подключён к : счетному входу счетчика 32, вход йз;апрета соединен с выходом мультиплексора ЗО в выходом 33 селектора. Выход счетчвка 32 соединен с входом дешифратора 29, первый и второй выходы которого соединены соответственно с первым в вторым информационными входамв мультиплексора ЗО. Адресный вход Мультиплексора ЗО соединен с выходом триггера 31, вхсщ сброса которого соедивен с вхооом сброса счетчика 32 и вторым входом 27 селектора, а вход установки триггера 31 соединен с третьпл входом 28 селектора. На фиг. 3 приведен один из возмож ад варнантов схемотехнического выпопиения бпока 23 форсированного заряда и бпока 24 форсированного разряда. Вход 34 блока форсированного заряда соединен с &азой транзистора 35, коллектор которог9 соединен с источником отридатепьг иого-напряжения. Эмиттер транзистора 35соединен с эмиттере транзистора 36и через резистор 37 с источником положительного напряжения. База транзистора 36 подключена к источнику опорного напряжения, а коппектор тран М эистора 36 соединен с выходом 38 блока форсированшэго заряда. Вход 39 Ьпок форсированного разряда соединен с базой транзистора 4О, коллектор которого соединен с выходом 38 блока форсированного разряда. Эмиттер транзистора 4О сое динен с эмиттером транзистора 41 и через резистор 42 с источником отрицател ного напряжения. База транзистора 41 подключена к источнику опорного напряжения, а коллектор соединен с источнике положительного напряжения. При подаче на вход 34 блока форсированного заряда импупьса напряжения положительной полярности ток резистора 37переключается в транзистор 36 и на выходе 39 формируется импульс вытекающего тока. При подаче на вход 39 блока форсированного разрядка импульса напряжения положительной полярности ток резистора 42 переключается в транзистор 40 и на выходе 38 формируется импульс втекающего тока. Блоки 23 и 24 могут иметь другие схемотехнические решения, что не изменяет сущность изобретения. Иavlepитeль амплитуды импульсов работает следующим образсал. . На входы 1 и 2 иа- ерителя подаются повторяющиеся измеряемые импульсы напряжения, а на вход 13 стробирования стробирующие илпугЕьсы, синхронвэи юван ные с измеряемыми В исходнсм состоянии, когда на вход измерителя импульсы не поданы, напряжение на выходе операционного усил1гг&ля может иметь либо высокий, либо низкнй уровень в зависимости от входного напряжения сдвига нуля операционного усилителя. Входное напряжение сдвига нуля современных операционных усилителей лежит, как правило, в микромилл№вольтовой области. В Момент действия стробирующего а 1пупьса происходит за пуск одтовибратора 10 или 11 и накопитепьный конденсатор 16 заряжается или разряжается черюз блок 14 заряда ипи 15 разряда за время действия импульсов одновибраторов до тех пор, пока напряжение на выходе согласующего каскада 17 и инвертора 18 не скомпенсирует входное напряжение сдвига нуля операционного усилителя 9. Параметры иепей заряда и разряда выбираются так, чтобы напряжение на накопительном конденсаторе 16 за время действия голпульгсов одновибраторов изменялось незначительно,и, следовательно, напряжение на выходе 25 измерителя амплитуды импульсов равно пренебрежимо малой величине сдвига нупя операционного усилителя с незначительными пульсациями. Импульсы с выходов одновибраторов 10 и 11 подаются также на первые и втоуые входы селекторов 19 и 20 непрерывности импульсов. Селекторы непрерывности импульсов фиксируют непрерывность срабатывания определенного количества раз одного из стробируемых одновибраторов 10 и 11 при отсутствии срабатывания второго одйовибратора и.имеют два порога сепектирования: 1 срабатываний и N 2 срабатываний. Первый селектор 19 фиксирует число срабатываний адновибратора 1О при отсутствии срабатывания однови&ратора 11, На его первый вход подаются импульсы с выхода одновибраiTopa 10, .а на второй вход - импульсы с выхода одновибратора 11. Если .число срабатываний превышает порог селектирования, то на выходе селектора устанавливается уровень логической единицы. Второй селектор 2О непрерывности импульсов фиксирует срабатывание одновибратора 11 и на его первый вход подаются выходные импульсы одноввбратора 11, а на второй вход - импульсы одновибратора 1О. Подача сигнала на второй вход селектора непрерывности имяульсов приводит к установке его в исходное состояние с дорогом селектирования . При подаче сигнала на третий вход селектора устанавливается порог селектирования N2 V 1. Поскольку в исходнсм состоянии происходит поочередное срабатывание одновибраторов 10 и 11, то на выходах селекторов 19 и 20 низкие логические уровни напряжения и импульсы одновибраторов 1О и 11 не проходят через элементы И 21 и 22 на блок И 23 форсированногчэ заряда и 24 форсированного разряда. При поцаче на вход 1 относигепьио входа 2 попожитепьных импульсов они усиливаются операционным усипитепем 9 до высокого уровня на его выходе и, когда на вход 13 подается стробтфующий импупьс, запускается одновибратор 10. За время действия импупьса одновибратора накопительный конденсатор 16 незначительно заряжается через бпок 14 зартда. Импульсы с выхода одновибратора 1О поступают также на первый вход селектора 19 непрерывности импульсов и второй вход селектора 2О непрерывности имгчгга сов. Когда одновибратор 1Q срабатывает N1 раз, на выходе селектора 19 непрерывнрсти импульсов устанавливается высокий логический уровень, который разрешает прохождение импульсов одновибратора 1О через элемент И на вход блока 23 форсированного заряда..Высокий логический уровень напряжения с выхода селектора 19 непрерь1вности импуль сов подается также на третий вход селек тора 20 непрер 1вности илпульсо.в и уста навливает коэффициент счета селектора 2О непрерывности импульсов равным . М2 ii. Последуклцие срабатывания одновиьратора 1О приводят к форсированному заря ду накопительного конденсатора 16 под действием сигналов блока 23 до тех пор пока напряжения на выходах согласующего каскада 17 и инвертора 18 иэменя ся настолько, что скомпенсируют действие входного импульса на выходе опера ционного усилителя в действия стробирующего импульса на входе 13. Однови:братор 1О перестает запускаться. Происходит срабатывание одновибратора 11, выход(юй импульс которого устана&ливает по второму входу селектор 19 в исходное состояние. Цепь форсированного заряда отключается. Если произошла перекомпенсация напряжения на накопительном конденсаторе относительно амплитуды измеряемых импульсов, то сработает одновибратор 11 столько раз, 1юка не установится режим динамтеского равновесии, когда запуск одновибратора 1О приводит к увеличению напряжения на накопительном конденсаторе, в свою очередь увеличение напряжения на накопитеп ном конденсаторе приводит к появлению низкого уровня на выходе onepauHOHlibro усилители 9. Это ведет к срабатыванию одновиьратора 11 в момент действия стробирующего импульса М к разряду накопительного конденсатора через блок 15 разряда.,, Коэффициент непрерывного счета N 2 селектора 2О непрерывности импульсов выбирается .такой величины, чтобы в спу .чае максимальной лерекомпенсации напряжения на накопительном конденсаторе по . окончании форсированного заряда не произошло включение форсированного разряда .(прохождение импульсов одновибратора 11 через элемент И 22 на блок форсированного разряда 24) и возникновение колебательного процесса на накопительном конденсаторе при установлении реЛгима динамического равновесия. Если на вход 1 относительно входа 2 подаются повторяющиеся отрицательные , импульсы, то в момент стробирования запускается одновкбратор 11 и накопиттельный конденсатор 16 незначительно разряжается через блок 15 разряда. Импу1 ьсы с выхода одновибратора 11 поступают на первый вход селектора 20 непрерывности импульсов и второй вход селектора 19 непрерывности импульсов. При срабатывании одновибратором 11 N1 раз на выходе селектора 20 непрерывности импульсов устанаВ:ЛИвается высокий логи-. ческий уровень, разрешающий прохождение импульсов одновибратора 11 через эле мент И 22 на вход блока форсированного разряда 24 и устанавливающий коэфф Циент счета селектора 19 непрерыйности импульсов равным N2. Происходит форсированный разряд конденсатора 16 под действием сигналов блока 24 форсирог liaHHuro разряда до напряжения, близкого к напряжению входного импульса в момент действия стробирующего импульса на входе 13, цепь форсированнб1 о разряда отключается и устанавливается режим динамического равновесия. Цепи форсированного заряда и разряда включаются также при любом значительном измененвд амплитуды входных контролируемых импульсов. Цепи форсированного заряда и разряда накопительного конденсатора ускоряют процесс выхода .измерителя на режим динамического равновесия. При установлении режима ди шмического равновесия они отключаются. Коэффициент счета N1 селекторов 19 и 20 выбирается исходя из мгнове ной нестабильности амплитуды измеряемых импульсов и разности изменения напряжения на накопительном конаенсяторе 1.6 за время действия импупь.сов заряда J 010 Я на выходе блоков 14 в 15, объявляемой гвхнопопсческим разбросхэм аппчпькосгой рановибраторов 10 и 11 W гехномгячесхим разбросом токов заряда я разряда блоков 14 в 15. Ковффнцввнт Wi дошкён удовлетворять соотвошеяяю HI 2. Ввпячива прирашенвв напряжения fiU яа накопятепыюм кошенсаторе 16 за время действия ямпупьса на выходе блока 14 япи 15 выбирается исходя вз точност кых характеристик измерителя и нижней границы динамического дкапазона ,ампл| н туд входных 11Я«(еряемь1х импульсов. Вепичида г,прирашения напряжения &(/} на накопительном конденсаторе 16 за время действия импульса на выходе бло..ков 23 форсироваиногх заряда, и 24 раэ ряда выбирается исходя из величин Д№иамнческого диапазона амплитудных вхогн ных измеряемых (мпульсов. Коэффициент счета Щ2 селекторов. ,19 и 20 должен удовлетворять соотноше; нию. . Ua VI2rN4 --Tr- &у I Установка коэффициента счета N 2 сепектор9 при подсчете другим селектором N1 импульсов необходима для ус1 ранения пар 0итного колебательного процесса на юкопвтепьном конденсаторе 16 в режиме динамического равновесия вэмеритепя. Постоянное напряжение на выходе оогпасующего каскада, т.е. на выходе 25 взмеритепяпропорционально мгновеншмуэюченвю измеряемого (ыпупьса в момент действия стро&ирующего импульса, а его полярность совпадает с полярностью вхосе ВЕОгб вмпупьса на входе 1 откосите пьно входа 2. О11ерацио|1{а 1й усипитель 9 в даивом измерителе работает в режиме компаратора; что позволяет применять пюсяле типы усипи1релей без коррект1фук швх цепей япи компараторы. Таким образе, по полярности в ве-; яячяне выходного напряжения яа выходе 25 в ерятепя можно однозначно судять о попэряостя в мгвовен{юм значения импульсного измеряемого сигнала в момент поступления стробируюдаего нмпупьса. Напряжеяве на выходе инвертора IS равно по веяячвве, яо протввопопожно по попяряостя ся-восятепьно выхоца 25. Ре5-8 соедвнеяы с входнымя резисторызясторамя 3 я 4 таким образом, что твется возможность проводять взмере1310ния как в иепях, связанных с общей земпей, так и изолированных от нее. . Бпок 12 строоирования применен, дня сюкрашеыия эффективной дпитепьности сгроСн-импупьса, на входах однрвиб торов. 10 и 11. Если бы бпок стробирования отсутствовал, на результат измерения влияла бы длительность У1мпульса на входе 13 строьирования и характер изменеиня измеряемого сигнала (спад или возрастание). Применение блока стррьйрования позволяет повысить точность измерения и снизить требования к длительности и стабильности строоирующих tw- пульсов. Когда на вход 13 приходит ( стробирующего импульса, он проходит блок стробирования и запускает один из одновибраторов 1О или il. Выходной сигнал одновибратора воздействует на запрещающий рход блока стробирования и прекращает воздействие стробирукяцего импульса, на входы одновибраторов. Таким образом обеспечивается надежный запуск одного из одшзвибраторов при минимальной эффективной длительности строьирования, равной сумме времени задержки блока стробярования и одновибратора. Селекторы 19 и 20 непрерьшности импульсов (фиг. 2) работают следующим образом. При подаче шуотупьса на второй вход 27 селектора непрерывности импульсов счетчик 32 и триггер 31 сбрасываются в нулевое состояние. Напряжение логичео кого нуля на выходе триггера 31 и, спедовательно, на адресном входе м-ульт - ппексора 30 разрешает прохождение на вь1ход 33 мультиплексора и селектора непрерыв1юстя импульсов свгнапа с пер-; вого информационного входамультиплексора, т.е. с первого выходе дешифратора 29. Поскольку счетчик 32-сорошен в нулевое состонние, на выходах деши49 атора 29 и (ш выходе 3 селектора непрерывности к пульсрв уровень вапряже ния логического нуля. Уровень логического нуля не выходе мультиплексора 30 разрешает по входу запрета счетчвка 32 подсчет счетчиком вмпупьоов на первом входе 26 селектора непрерывности импульсов. Если на первый вход 26 селектора непрерывности импульсов поступит нещюрывная серия из К1 импульсов в прв этом на второй вход 27 импульс яе поступит, на выходе счетчика 32 установятся код, соотвегствукяцяй числу N1, а на первом выходе дешвфратора 29 и, спедовагепьно, на выходе 33 селектора непрерывности импульсов установится напряжение логической единицы. Н)апряжение логической единицы на выход мультиплексора запрещает счетчику. 32: х дальнейший подсчет импульсов, Если на третий вход 28 селектора н& прерывности импульсов поступит импупьс то триггер 31 по входу установки установится в состояние логической единиш | и разрешит по адресному входу мупьти плексоря 30 прохождение сигнала с второго информационного входа мупьтиллексорп и, слеаовательно, f второго выхода деши(}фатора 29. В данном спуше, чтобы на выхоце 33 селектора непрерывности импульсов появился уровень логической единицы, необходимо, чтобы счетчик 32 подсчитал непрерывную серию вз N2 импульсов,поступающих на первый вход 26 селектора непрер шности импульсов. , При исполвзовании изобретения значительно уменьшается время преооразования мгновенного значения напряжения измеряемых сигналов. Это позволяет иопользовать иэмеригепь в быстродействующих систа ах контроля и создает воэнможность конт лировать быстрые измене ния амплитуды измеряемых сигналов.

OJJ