Широкополосный стробоскопический преобразователь Советский патент 1986 года по МПК G01R13/34 

7 строб-импульсов, источники 12 и 16 питающего напряжения, входы 17 и

18усилителя 5, инвертирующие входы

19и 20 и неинвертирующие входы 21

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для преобразования мгновенных значений напряжений широкополосных и импульсных сигналов в диапазоне 0-10 ГГц, в частности в стробоскопических осциллографах, стробоскопических вольтметрах, ана- .лого-цифровых преобразователях, с

Целью изобретения является повышение точности преобразования.

На фиг, 1 представлена структурная электрическая схема устройства; на фиг. 2 - структурная электрическая схема устройства, включающая принципиальную схему варианта буферного усилителя, в котором использо ван входной каскад на полевых транзисторах.

Устройство (фиг, 1) состоит из щи ны 1 входного сигнала, четырехдиод- ного мостового ключа 2, блока 3 памяти, развязывающего резистора 4, буферного усилителя 5, шины 6 выходного сигнала, генератора 7 строб-импульсов, делителя 8 напряжения, первого дифференциального операционного усилителя 9. первого резистора 10 обратной связи, первого масштабного резистора 11. первого источника 12 питающего напряжения второго дифференциального операционного усилителя 13, второго резистора 14 обратной св зи, второго масштабного резистора 15 и второго источника 16 питающего напряжения , На фиг. 1 также обозначены: первый питающий вход 17 буферного усилителя J второй питаюпщй вход 18 буферного усилителя, инвертирующие входы 19 20 операционных усили- телей неинвертирующие входы 21 , 22 операционных усилителей, выходы 23 и

24операционных усилителей, выход

25буферного усилителя и выходной зажим 26 делителя напряжения.

и 22 и выходы 23 и 24 операционных усилителей, выход 25 усилителя 5 и выходной зажим 26 делителя напряжения . 2 ил.

На фиг, 2 обозначены общая точка 27 резисторов 28 и 29, вход 30 буферного усилителя, резисторы 28 и 29 обратной связи буферного усилителя,

первый и второй транзисторы 31, 32 входного каскада буферного усилителя, выходной каскад 33 буферного усилителя, сток 34 и исток 35 первого транзистора входного каскада, паразитная емкость 36 сток-затвор и паразитная емкость 37 исток-затвор первого транзистора входного каскада, резистор 38 стоковой нагрузки первого транзистора входного каскада буферного усилителя.

Блок 3 памяти выполнен на конденсаторе, В качестве дифференциальных операционных усилителей 9 и 13 используются микросхемы 544УД2Б, В качестне делителя 8 напряжения используется резистивный делитель на двух резисторах, обладающих высокой стабильностью и точностью (типа С2-29), В качестве резисторов 10, 11, 14 и 15 также использованы резисторы типа С2-29, Согласно фиг, 1 первый вход четырех- диодного мостового ключа 2 соединен с шиной 1 входного сигнала, второй вход - с выходом генератора 7 стробимпульсов, а выход - с входом блока 3 памяти, выход которого соединен через развязывающий резистор 4 с входом буферного усилителя 5, выходом соединенного с шиной 6 выходного сигнала.

Вход делителя 8 напряжения соединен с выходом 25 буферного усилителя

5, а зажим 26 - с неинвертирующими, входами 21, 22 первого и второго дифференциальных операционных усилителей 9 и J3, инвертирующий вход 19 первого дифференциального операционного усилителя 9 соединен через пер- вый масштабный резистор 11 с потенциальным зажимом первого источника

12 питающего напряжения и через пер3

вый резистор 10 обратной связи - с выходом 23 первого дифференциального операционного усилителя 9 и первым питающим входом 17 буферного усилителя 5, инвертирующий вход 20 второго дифференциального операционного усилителя 13 соединен через второй масштабный резистор 15 с потенциальным зажимом второго источника 6 питающего напряжения и чере зторой резистор 14 обратной связи - с выходом 24 второго дифференциального операционного усилителя 13 и вторым питающим входом 18 буферного усилителя 5.

Устройство работает следующим образом.

В исходном режиме до прихода очередного строб-импульса (t О) накопительный конденсатор блока 3 памяти разряжен до нуля, напряжение на входе 30 буферного усилителя 5 также равно нулю. Поэтому напряжения на выходе 25, шине 6, зажиме 26, входах 22 и 21 также равны нулю:

UjoCo) и (О) (О) и (О) и (О)

%(0)0.

Выходные напряжения операционных усилителей 9 и 13 и равные им соответственно напряжения на питающих входах 17 и 18 буферного усилителя 5 равны

Ц.(0)%(0)Е.|7

Ц(0)и,,(0)Е,, ; 15

где Е , - напряжения источников

12 и 16.

В момент действия строб-импульса ключ 2 открывается и накопительньй конденсатор блока 3 памяти быстро заряжается до величины напряжения сигнала, присутствующего на шине 1. Резистор 4 препятствует прохождению зарядного тока во входную цепь буферного усилителя 5. После окончани строб-импульсов заряд Qg, накопленный на накопительном конденсаторе, через резистор 4 подводится на вхо 30 буферного усилителя 5.

Емкостные входные токи через паразитные емкости 36, 37 (фиг. 2) компенсируются встречными токами раной величины. Это осуществляется за сч ет того, что при изменении напряжения на затворе входного по50962

левого транзистора буферного усилителя 5 на Столько же изменяются напряжения на стоке 34 и истоке 35 этого транзистора. В итоге напряже- 5 ния на емкостях 36 и 37 остаются неизменными и величины потерянных накопительным конденсатором на них зарядов равны нулю. Для операционных усилителей 9 и 13 справедливы со- tO отношения, определяющие связь входных и выходных напряжений:

И 11 СИ- --- )+ 5-- 11 iJ гг R -R,,

.

5

If

2 2И При этом

U,. где Ку, Kj - коэффициенты передачи

усилителя 5 и делителя 8. Напряжения на выходах операционных усилителей 9 и 13 равны

VVKj-KgCi-l - )-Е.г .

W

, ,.

1515

Изменения питающих напряжений U, и и, обусловленные наличием сигнала и , равны

bv

R

аи,и„-и,,(0).К5-К,(1 ).

rUn-44(o)(

при выполнении условий

VK,(I. ) ,, K,-K(i..

(1)

(2)

5

Питающие напряжения и U изменяется на величину U,., т.е. на ту же величину, на .которую изменилось напряжение на входе буферного усилителя

Ч.Чгиз«При этом межэлектродные напряжения и токи стока транзисторов буферного усилителя не изменятся.

Так как токи, через транзисторы буферного усилителя 5, не иэменяют,- ся, то не изменяются и напряжения затвор-сток и затвор-исток

Это означает, что заряды йр и &Ц , теряемые конденсатором, равны нулю

Oo C3e-fiVCjM .H 0Следовательно, напряжение на накопительном конденсаторе не изменяеся по сравнению с уровнем, запомненным на нем при стробировании, и не зависит от нестабильности емкостей транзисторов и их нелинейности, что увеличивает точность преобразования.

Если в качестве буферного усилителя использовать истоковый повторитель, то степень увеличения точности меньше, так как коэффициент передачи такого каскада зависит от крутизны характеристики полевого транзистора и отличается от единицы. Использование истокового повторителя ограничено также температурной нестабильностью исходного выходного напряжения полевого транзистора и отсутствием усилия по напряжению.

Формула изобретени

Широкополосный стробоскопический преобразователь, содержащий четырехдиодный мостовой ключ, пер- вый вход которого соединен с шиной входного сигнала, второй вход - с выходом генератора строб-импульсов а выход - с входом блока памяти.

выход которого соединен через развязывающий резистор с входом буферного усилителя, выходом соединенно- го с шиной выходного сигнала, и два источника питающих напряжений, о т- личающийся тем, что, с целью повьшюния точности преобразования, он снабжен двумя дифференциальными операционными усилителями, двумя резисторами обратной связи, двумя масштабными резисторами и делителем напряжения, вход которого соединен с выходом буферного усилителя, а выход - с неинвертирующими входами первого и второго дифференциальных операционных усилителей, инвертирующий вход первого дифференциального операционного усилителя соединен через первый масштабный резистор с потенциальным зажимом первого источника питающего напряжения и через первый резистор обратной связи - с выходом первого

дифференциального операционного усилителя и первым питающим входом буферного усилителя, инвертирующий . вход второго дифференциального операционного усилителя соединен через

второй .масштабный резистор с потенциальным зажимом второго источника питающего напряжения и через второй резистор обратной связи - с выходом второго дифференциального операционного усилителя и вторым питающим входом буферного усилителя.

Рм.г

Изобретение может быть использовано для преобразования мгновенных значений напряжений широкополосных и импульсных сигналов в диапазоне 0-10 ГГц, в частности в стробоскопических осциллографах, стробоскопических вольтметрах, аналого- цифровых преобразователях. Целью изобретения является повьшение точности преобразования. Для достижения этой цели в устройство дополнительно введены два дифференциальных операционных усилителя 9 и 13, два резистора 10 и 14 обратной связи, два масштабных резистора 11 и 15 и делитель 8 напряжения. На чертеже также показана шина 1 входного сигнала, четырехдиодный мостовой ключ 2, блок 3 памяти, развязывающий резистор 4, буферный усилитель 5, пгины 6 выходного сигнала, генератор iS (Л