Фиксатор уровня Советский патент 1985 года по МПК H03K5/08 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в устройствах измерения ампли туды, импульсных сигналов, в частности в усилительно-преобразовательном канале рентгеновских спектрометров. Цель изобретения - повышение точности фиксации уровня при изменении длительности импульсов в широких пределах. На фиг, 1 представлена структурная схема фиксатора уровня; на фиг. 2 - графики, поясняю1цие работу фиксатора уровня. Фиксатор уровня содержит входную шину 1 и последовательно соединенные усилитель-ограничитель 2,дифференцирующую цепь 3 и формирователь 4 импульсов привязки, первьй транзис торный ключ 5, первый источник 6 опорного напряжения, при этом выход первого транзисторного ключа 5 подключен к входной шине 1 через конденсатор 7, а выход формирователя 4 импульсов привязки подключен к выводу управления второго транзисторного ключа 8, вход которого подключен к выводу второго источника 9 опорного напряжения через низкоомный резистор 10, а выход второго транзисторного ключа 8 подключен к обкладке конденсатора 7, а вход первого транзисторного ключа 5 подключен к выводу первого источника 6 опорного напряжения через низкоомный перемен.ный резистор 11, причем высокоомный делитель 12 подключен своим первым выводом к выводу второго источника 9 опорного напряясения, а вторым выводом подключен к выводу первого источ ника 6 опорного напряжения, средняя точка высокоомного делителя 12 подключена к выходу первого транзисторного ключа 5 так, что первый вывод высокоомного резистора 13 высокоомного делителя 12 подключен к выводу второго источника 9 опорного напряжения, а второй его вывод подключен к выходу первого транзисторного ключа 5, первьй вывод высокоомного переменного резистора 14 высокоомного делителя 12 подключен к выходу перво го транзисторного ключа 5, а второй его вывод подключен к выводу первого источника 6 опорного напряжения, при этом первый источник 6 опорного напряжения является,положительным полюсом источника питания +Ерп а второй 462 источник 9 опорного напряжения является отрицательным полюсом того же источника питания -Еоп. Истоковый повторитель 15, представляющий собой МОП-транзистор с р-каналом, присоединен затвором к выходу первого транзисторного ключа 5, сток которого соединен с отрицательной шиной источника 16 питания (-Е) через стоковый резистор 17, а исток - соединен с выходной шиной 18 и с положительной шиной источника 19 питания (+Е) через ИСТОКОВЫЙ резистор 20. -На фиг. 2 по оси абсцисс отложено реальное время t, по оси ординат, отложена величина напряжения Ц импульсов, соответствующая данному моменту времени. Графики поясняют временное взаимоположение импульсов, вырабатываемых в разных точках схемы, и их форму. Пояснение иллюстрируется на примере двух случайных отрицательный импульсов с различной амплитудой и длительностью, следующих один за другим. На фиг. 2 приняты следующие обозначения: СИ- импульсы на входной шине 1; S- импульсы на выходе усилителя-ограничителя 2; в - импульсы на выходе дифференцирующей цепи 3; t импульсы на выходе формирователя 4 . : импульсов привязки; д- импульсы на выходной шине, зафиксированные на уровне; е- импульсы на выходной шине при значительных ошибках фиксации уровня. Фиксатор уровня работает следующим образом. Случайные отрицательные импульсы я с различной амплитудой и длительностью и и Т подаются с входа на выход фиксатора уррвня через конденсатор 7 и ИСТОКОВЫЙ повторитель 15, а также на вход усилителя-ограничителя 2, на выходе которого образуются прямоугольные импульсы (фиг. 26) с длительностью , и f и с нормированной амплитудой Uj, которые далее дифференцируются дифференцирующей цепью 3, образуя на выходе дифференцирующей цепи 3 две пары коротких разнополярных импульсов (фиг. 2 8), соответствующие фронту и спаду пря- моугольных импульсов (фиг. 2S). При этом импульсы (фиг. 2в), соответствующие спаду прямоугольных импульсов (фиг. 25), по времени совпадают с окончанием случайных импульсов 3 (фиг. 2о() и являются импульсами запуска для формирователя 4 импульсов привязки, который формирует прямоугольные импульсы привязки (фиг. 2г поступающие на выводы управления , транзисторных ключей 5 и 8 и открывающие их в промежутках между случа ными импульсами (фиг. 2oi), Открытые ключи 5 и 8 подключают к выходной обкладке конденсатора 7 среднюю точку (N) низкоомного делителя, состоящего из сопротивления R открытого транзисторного ключа 5 и низкоомного переменного резистора 1 (нижнее плечо низкоомного делителя) сопротивления R открытого транзисторного ключа 8 и сопротивления низ коомного резистора 10 (верхнее плечо низкоомного делителя) на время длительности импульса привязки (фиг. 2г). В результате этого на вы ходной обкладке конденсатора 7 и на выходе истокового повторителя 15 фиксируется уровень напряжения U (фиг. 2(9), который задается соотношением плеч указанного низкоомного делителя на время действия длительности импульса привязки (фиг. 2г). Первоначальная установка U осуществляется при открытых ключах 5 и 8 без входного сигнала. По окончании действия импульса привязки (фиг. 2г) транзисторные кл чи 5 и 8 закрываются, сопротивление низкоомного делителя становится бес конечно большим (на порядок величин больше, чем сопротивление высокоомного делителя 12) и на выходной обкладке конденсатора 7 устанавливает ся напряжение (уровень фиксации), определяемое в промежутке времени между импульсами привязки потенциалом средней точки (/л.) высокоомного делителя 12, который при первоначальной настройке схемы устанавливается в точности равным Uj, (фиг. 2и Истоковый повторитель 15 имеет бесконечно большое входное сопротивление и служит для развязки выхода сх мы фиксатора уровня с последующей нагрузкой. Таким образом, на выходной обкладке конденсатора 7 и на вы ходе истокового повторителя 15 все время поддерживается напряжение уровня фиксации Ug. Первоначальная установка высокоомного делителя осу ществляется при закрытых ключах 5 и 8 и при отсутствии сигнала (фиг.2 46 посредством высокоомного.переменного резистора 15. Для устранения динамических помех по окончании первоначальной установки низкоомного и высокоомного делителя на выводы управления микросборки подается последовательность прямоугольных импульсов постоянной длительности, максимальной величины из заданного диапазона длительностей импульсов сигнала со скважностью 2, и низкоомным переменным резистором 11 уточняется установка U на выходе истокового повторителя 15. Таким образом, низкоомный переменный резистор 11 служит для установки величины и в статике и динамике в моменты действия импульсов привязки (фиг. 2г) . Высокоомный переменный резистор 14 предназначен для установки величины U фиксации уровня напряжения, в статике включен все время. Предлагаемая схема обеспечивает работу с малыми ошибками фиксации уровня потому, что удовлетворяет следующим противоречивым условиям, присущим всем схемам фиксации уровня. Первое условие - в момент прохож дения сигнала конденсатор 7 должен минимально заряжаться, т.е. сопротивление цепи заряда схемы должно быть бесконечно большим. Это обеспечивается большой величиной сопротивления высокоомного делителя 12, большой величиной входного сопротивления истокового повторителя 15. В момент прохождения сигнала через конденсатор 7 транзисторные ключи 5 и 8 закрыты и имеют большое сопротивление. TaKi-JM образом, созданы условия минимального подзаряда 411 конденсатора 7 за счет максимального значения постоянной времени заряда конденсатора 7 за время прохождения сигнала. В интервалы времени отсутствия сигнала сопротивление цепи разряда конденсатора 7 должно стремиться к нулю. Это реализовано малым сопротивлением низкоомного делителя и малым сопротивлением открытых транзисторных ключей 5 и 8. Таким образом, созданы условия минимального значён Ут постоянной времени разряда конденсатора 7 за ремя включения транзисторных клю-

чей 5 и 8 посредством импульса привязки (фиг. 22-).

Второе условие - постоянство потенциала на выходной обкладке конденсатора 7 в моменты включения и выключения транзисторных ключей. Это условие выполняется за счет сочетания двух делителей, обеспечивающих как первое условие, так и второе.

Переменные резисторы 11 и 14 устанавливаются так, чтобы в любой момент времени на правой обкладке конденсатора 7 бьт потенциал Up. Выполнение второго условия реализуется за счет наличия делителей, которые позволяют устанавливать неизменный потенциал U, что приводит к уменьшению ошибки фиксации уровня

Достиж1ение поставленной цели обепечивается выполнением двух условий в совокупности.

В динамике схема работает следующим образом.

При прохождении импульса (фиг. 2а конденсатор 7 заряжается в основном

через высокоомный делитель 12 и на его выходной обкладке уровень напря жения изменится на 4U относительно уровня фиксации UQ. После прохождени импульса (фиг. 2of) через конденсатор 7 вырабатывается импульс привязки (фиг. 2г), открывающий транзисторные ключи 5 и 8, обеспечивая низкоомную цепь разряда с малой постоянной времени для уравнительных токов, снимающих потенциал 4U с правой обкладки конденсатора и возвращающих схему в сбалансированное состояние с прежним напряжением уровня фиксации Uo .на правой обкладке конденсатора 7.

По окончании действия импульса привязки (фиг. 2г) Ug удерживается высокоомным делителем 12 до прихода

следующего импульса (фиг.2о().

Таким образом, предлагаемый фиксатор уровня обеспечивает уменьшение ошибки фиксации уровня при изменении длительности импульсов в широких пределах.

ФИКСАТОР УРОВНЯ напряжений по авт. св. № 953713, отличающийся тем, что, с целью повышения точности фиксации уровня при изменении длительности импуль,сов в широких пределах, в него введены второй транзисторный ключ, низкоомный переменный резистор и низкоомный резистор, второй источник опорного напряжения, высокоомный делитель, включающий последовательно соединенные высокоомный переменный резистор и высокоомный резистор, истоковыб повторитель, стоковый и истоковые резисторы, при этом выход формирователя импульсов привязки подключен к выводу управления второ-. го транзисторного ключа, вход которого подключен к выводу второго источника опорного напряжения через низкоомный резистор, а выход второго транзисторного ключа подключен к выходу первого транзисторного ключа, низкоомный переменный резистор включен между вьгоодом первого источника опорного напряжения и входом первого транзисторного ключа, высокоомный делитель подключен своим первым выводом к выводу второго источника опорного напряжения, а вторым выводом подключен к вьшоду первого исел точника опорного напряжения, а средняя точка высокоомного делителя подключена к выходу первого транзисторного ключа и затвору истокового повторителя, сток которого подключен к отрицательной шине источника питания через стоковый резистор, 00 N9 исток - к положительной шине источника питания через истоковый резистор и непосредственно к выходной шине.

фиг.г