Устройство для измерения длительности переходного процесса Советский патент 1986 года по МПК H03K5/24 G05B1/01 G01R19/02 

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано при построении устройств измерения длительности переходного процесса.

Целью изобретения является расширение области применения и обеспечение возможности независимой установки уровней срабатывания.

На фиг. 1 приведена принципиальная схема устройства для измерения длительности переходного процесса; на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие работу.

Устройство для измерения длительности переходного процесса содержит источник 1 входного тока, элемент сравнения, выполненный на транзисторе 2, включенном по схеме с общей базой, коллектор которого подключен к выходу источника 1 входного тока и эмиттеру первого транзистора 3, база которого соединена с шиной 4 нулевого потенциала, а эмиттер транзистора 2 подключен через первый переменный резистор 5 к коллектору второго транзистора 6, база которого подключена через конденсатор 7 к шине 4 нулевого потенциала, а эмиттер - через.первый диод 8 к выходу источника 9 напряжения, подсоединенного к эмиттеру третьего транзистора 10 непосредственно и через второй диод 11 к эмиттеру четвертого транзистора 12, коллектор которого подсоединен через второй переменный резистор 13 к эмиттеру транзистора 2 элемента сравнения, а база - через третий диод 14 к выходной шине 15 и коллектору третьего транзистора 10, при этом коллектор первого транзистора 3 подсоединен через первый регис- тор 16 к базе второго транзистора 6 и через второй резистор 17 к базе третьего транзистора 10. база четвертого транзистора подсоединена через третий резистор 18 к шине 4 нулевого потенциала, а база второго транзистора через четвертый резистор 19 подключена к выходу источника 9 напряжения, причем источник 1 входного тока выполнен на резисторе 20 и источнике 21 напряжения.

Устройство работает следующим образом.

При отсутствии измеряемого тока с выхода источника 1 входного тока транзисторы 12 и 2 насыщены. Транзистор 12 насыщен за счет тока, протекающего от источника 9 напряжения через переход эмиттер-базу транзистора 12 и резистор 18, а транзистор 2 насыщен током, протекающим через коллектор транзистора 12 и второй переменный резистор 13, втекающим в эмиттер транзистора 2. Тразисторы 3, 6 и 10 заперты, а диод 14 смещен в обратном к его проводимости напряжением и тока не проводит. Напряжение на выходной шине 15 равно нулю. Конденсатор 7 заряжен до величины напряжения источника 9 напряжения.

Состояние измерительного устройства не изменяется до тех пор, пока величина входного тока на выходе источника 1 входного тока не превысит тока уставки, задаваемого переменным резистором 13. Как только

это произойдет, ток, равный разности токов с выхода источника 1 входного тока и эмиттера транзистора 2, начинает втекать в эмиттер транзистора 3, появляется ток коллек- тора и базы транзистора 10. Ток коллектора транзистора 10, протекая через диод 14, создает на транзисторе 12 падение напряжения, вследствие чего происходит уменьшение тока базы транзистора 12 и тока его коллектора, уменьшение тока эмиттера и коллек0 тора транзистора 2, увеличение тока эмиттера и коллектора транзистора 3, увеличение тока базы, эмиттера и коллектора транзистора 10 и т. д., т. е. развивается лавинообразный процесс, после которого транзисторы 3 и 10 входят в режим насыщения, а транзистор 12 запирается, и на выходной шине 15 формируется передний фронт выходного импульса ( фиг. 2, момент времени /i). В связи с тем, что конденсатор 7 заряжен до величины, близкой к напряжению источ0 ника 9 напряжения, и мгновенно разрядиться не может, транзистор 6 после формирования релаксационного процесса еще некоторое время остается в закрытом состоянии, поэтому его коллекторный ток близок к нулю. Таким образом сразу после окончания

5 релаксационного процесса оказываются запертыми транзисторы 6 и 12, токи через переменные резисторы 5 и 13 равны нулю, эмиттер транзистора 2 обесточен и весь ток от источника 1 входного тока втекает в эмиттер транзистора 3.

На этом этапе работы напряжение LW может изменить свое состояние только в том случае, если величина напряжения Цу„умень- щится до нуля. Но это не может произойти из-за условий переходного процесса (фиг. 2). Состояние, когда оба транзистора 6 и 12

заперты и Ueux не может измениться под действием изменений в реально существующем переходном процессе, определяется временем разряда конденсатора 7 через резистор 16 и коллектор транзистора 3 до

Q напряжения отпирания транзистора 6. Это время может быть установлено любым, в частности, равным значению, при котором напряжение измеряемого сигнала с учетом высокочастотной составляющей выше, чем уровень отпускания предлагаемого устрой5 ства.

Спустя некоторое время в измерительном устройстве проходят переходные процессы, связанные с разрядом конденсатора 7, и через эмиттер транзистора 2 начинает проте кать ток, определяемый источником 9 напря0 жения и величиной переменного резистора 5. При уменьшении выходного тока источника 1 входного тока уменьшаются токи эмиттера и коллектора транзистора 3, резистора 17 и базы транзистора 10.

Когда входной ток достигнет такой вели5 чины, при которой ток эмиттера транзистора 3, равный разности величины входного тока и тока уставки, задаваемого величиной переменного резистора 5, начнет выводить

транзистор 10 из режима насыщения в активный режим, начнет уменьшаться ток коллектора транзистора 10 и диода 14, в связи с этим уменьшается положительное напряжение на базе транзистора 12, что приводит к появлению токов базы и коллектора транзистора 12, к увеличению токов эмиттера и коллектора транзистора 2, а это, в свою очередь, приводит к уменьшению токов эмиттера и коллектора транзистора 3 и базы транзистора 10 и т. д., т. е. возникает релаксационный процесс, по окончании которого устройство возвращается в исходное состояние, и на выходе формируется крутой задний фронт выходного напряжения (фиг. 2 момент времени /2), соответствующий окончанию измерения переходного процесса. После окончания этого процесса оказываются открытыми транзисторы 6 и 12 и через оба переменных резистора 13 и 5 потекут установочные токи 7| и Jg- Через эмиттер транзистора 2 протекает ток, равный сумме

токов J|-f-J2.

На этом этапе работы напряжение t/вых может изменить свое значение только в том случае, если величина тока от источника UBX увеличится до значения, большего или равного сумме токов Ji и J2, чего не может быть по условиям переходного процесса (фиг. 2). Состояние, когда оба транзистора открыты, определяется временем заряда конденсатора 7 от источника 9 напряжения через резистор 19 до напряжения запирания транзистора 6. Это время может быть установлено любым, в частности, равным значению, при котором напряжение измеряемого сигнала, имеющее высокочастотную составляющую, ниже, чем уровень срабатывания предлагаемого устройства.

Таким образом, предлагаемое устройство обеспечивает формирование одиночного импульса с длительностью, пропорциональной длительности переходного процесса, имеющего высокочастотную составляющую в составе измеряемого переходного процесса, и независимость регулирования уровня срабатывания от уровня отпускания и наоборот, а также независимую регулировку уровня отпускания от состояния регулировочного сопротивления уровня срабатывания, что расширяет функциональные возможности предлагаемого измерителя переходного процесса.

В связи с полной независимостью установок уровней срабатывания и отпускания и наличия времени запрета на изменение выходного сигнала в течение некоторого заданного времени предлагаемое устройство

позволяет устанавливать уровень срабатывания меньшим по сравнению с уровнем отпускания, например на уровне переходного процесса 0,1, а уровень возврата в исходное состояние устанавливается значительно большим, например на уровне 0,9, что возможно, так как за время запрета уровень переднего фронта переходного процесса превышает уровень отпускания предлагаемого устройства, что также расширяет его функциональные возможности.

Формула изобретения

Устройство для измерения длительности переходного процесса, содержащее источник входного тока, выходную шину, элемент сравнения, выполненный на транзисторе, включенном по схеме с обшей базой, и источник напряжения, отличающееся тем, что, с целью расширения области применения и

обеспечения возможности независимой установки уровней срабатывания, введены три диода, конденсатор, четыре резистора, четыре транзистора, два переменных резистора, при этом коллектор транзистора элемента сравнения подсоединен к выходу источника

входного тока и к эмиттеру первого транзистора, база которого подключена к шине нулевого потенциала, коллектор подсоединен через первый и второй резисторы соответственно к базе второго и третьего транзисторов, а коллектор второго транзистора подсоединен через первый диод к выходу источника напряжения, подключенного непосредственно к эмиттеру третьего транзистора, через второй диод к эмиттеру четвертого транзистора, база которого подключена через третий резистор к шине нулевого потенциала

и через трети й диод к коллектору третьего транзистора и выходной шине и через четвертый резистор к базе второго транзистора, подключенной через конденсатор к шине нулевого потенциала, причем коллекторы второго и четвертого транзисторов подключены к эмиттеру транзистора элемента сравнения через первый и второй переменные резисторы соответственно.

t,

фиг. 2

Изобретение относится к импульсной технике. Может быть использовано при построении устройств для измерения длительности переходного процесса. Целью изобретения является расширение области применения и обеспечение возможности независимой установки уровней. Для этого в устройство дополнительно введены три диода 8, 11 и 14, конденсатор 7, четыре резистора 16- 19, два переменных резистора 5 и 13 и четыре транзистора 3, 6, 10 и 12. Устройство также содержит источник 1 входного тока, элемент сравнения, выполненный на транзисторе 2, шину 4 нулевого потенциала и источник 9 напряжения. Источник 1 входного тока выполнен на резисторе 20 и источнике 21 на- пряжени я. Устройство позволяет устанавливать уровень срабатывания меньшим, чем уровень отпускания, так как за время запрета уровень переднего фронта переходного процесса превышает уровень отпускания, что также расширяет функциональные возможности устройства. 2 ил. с 1C сд О) 00 сд .