Пиковый детектор импульсов Советский патент 1986 года по МПК G01R19/04 

Изобретение относится к области электроизмерений и может быть использовано в приборах для измерения амплитуды импульсов.

Цель изобретения - повышение быстродействия путем уменьшения постоянной времени заряда запоминающего конденсатора.

На чертеже приведена принципиальная электрическая схема пикового детектора импульсов.

Пиковый детектор импульсов содержит операционный усилитель 1, диод 2, первый транзистор 3, первый резистор 4, шину 5 источника питания, запоминающий конденсатор 6, пйвтори.тель 7 напряжения, второй резистор 8, второй транзистор 9, ускоряющий конденсатор 10, третий резистор 11. Неинвертирующий вход операционного усилителя 1 соединен с входной шиной детектора, выход подключен к катоду диода 2 и соединен с базой первого транзистора 3, коллектор которого через первый резистор 4 подключен к шине 5 источника питания. База второго транзистора 9 соединена с коллектором первого транзистора 3, а эмиттер подключен к шине 5 источника питания. Запоминающий конденсатор 6 первым выводом подключен к общей шине. Вход повторителя 7 напряжения соединен с эмиттером первого транзистора 3 и через цепочку параллельно соединенных ускоряющего конденсатора 10 и третьего резистора 11 подключен к второму выводу запоминающего конденсатора 6 и коллектору второго транзистора 9. Выход повторителя 7 напряжения соединен с выходной шиной детектора и через второй резистор 8 подключен к аноду диода 2 и инвертирующему входу операционного усилителя 1.

Пиковый детектор работает следующим образом.

В исходном состоянии при отсутствии входного напряжения транзисторы 3 и 9 заперты, напряжение на конденсаторах 6 и 10 отсутствует, выходное напряжение детектора равно нулю.

При воздействии на вход детектора скачка напряжения положительной полярности выходное напряжение операционного усилителя I начинает увеличиваться, диод 2 оказывается смещенным в обратном направлении, крутизна нарастания выходного напряжения определяется только скоростными свойствами усилителя 1. При достижении выходным напряжением усилителя уровня отпирания первого транзистора 3 эмиттерный переход транзистора 3 получает прямое смещение и через базу начинает протекать ток. Величина базового тока определяется величиной выходного напряжения усилителя 1, входным сопротивлением транзистора 3, комплексным сопротивлением эмиттерной цепи,составленной из параллельно соединенных ускоряющего конденсатора 10 и третьего резистора 11 и последовательно подключенного к ним запоминающего конденсатора 6, причем емкость конденсатора 10 намного меньше емкости конденсатора 6.

В момент появления прямого базового тока эмиттерная цепь имеет минимальное сопротивление, так как конденсатор 10, выполняя роль коррек-/ тирующей емкости, шунтирует резистор 11. В результате сильно увеличивается начальный ток базы и сокращается время нарастания фронта коллекторного тока первого транзистора. Происходит заряд конденсаторов 6 и 10 по цепи: шина 5 источника питания, резистор 4, транзистор 3, конденсатор 10, конденсатор 6, общая шина. При этом почти все напряжение эмиттер транзистора 3 - общая шина оказьгеается приложенным к конденсатору 10. Когда падение напряжения на резисторе 4 достигает уровня отпирания вторюго транзистора 9, зарядный ток конденсаторов 10 и 6, протекаю щий через транзистор 3, становится больше,так как резистор 4 шунтируется сопротивлением открытого эмиттерного перехода транзистора 9.На этом этапе переходного процесса для второго транзистора конденсатор 10 выполняет роль ускоряющей базовой емкости преобладающая часть зарядного тока протекает через базу второго транзистора, он отпирается. Заряд запоминающего кoндe caтopa 6 ускоряется за счет протекания тока по цепи: пгана 5 источника питания, транзистор 9, общая шина. Заряд конденсатора 10 закончен, эмиттерный ток транзистора 3 и базовый ток транзистора 9 ограничиваются резистором 11, что исключает насыщение транзисторов. Происходит слежение, с некоторьм отставанием, напряжения на запоминаю щем конденсаторе 6 за выходным напряжением дифференциального усилителя. При условии использования до таточно высокочастотных и мощньпс транзисторов начальная ошибка слеж ния в основном будет определяться емкостью конденсатора 0, а крутизн нарастания напряжения - сопротивлением резистора 1 1 , Суммарное напряжение конденсаторов 6 и 10 поступает на вход повторителя 7 напряжения, с его выхода на выход детектора и через резистор 8 на инвертирующий вход операционного усилителя 1. Когда это напряжение превысит входное напряжение детектора на величину чувствительности усилителя 1 с некоторой задержкой, вызванной переходными процессами, выходное напряжение усилителя начнет уменьшаться. За время переходных процессов в усилителе 1 заряд запоминающего конденсатора 6 продолжается, напряжение на эмиттере транзистора 3 становится несколь ко больше выходного напряжения усилителя 1. В результате на эмиттерном переходе транзистора 3 образует ся обратный перепад напряжения, ток базы скачком изменяется с прямого на обратный. Созданы условия для быстрого запирания транзистора 3, его коллекторный ток спадает до нуля. Начинает запираться второй тран зистор 9. Детектор отрегулирован таким образом, что за время запирания транзисторов 3 и 9 ускоряющий конденсатор 10 через резистор II разряжается практически до нуля, а запоминающий конденсатор 6 дозаряжается до уровня входного напряжения детек тора по цепи: шина 5 источника пита ния, находяшкйся в режиме перехода от активного состояния к запертому транзистор 9, запоминающий конденсатор 6, общая шина. Благодаря нали чию стопроцентной отрицательной обратной связи между выходом повторителя 7 напряжения и операционным ус лителем 1 постоянного тока, описанные переходные процессы заканчивают ся лишь тогда, когда выходное напря жение детектора становится равным входному с точностью до погрешности статизма, обусловленной конечным зн 594 чением коэффициента усиления операционного усилителя I. После прохождения входным напряжением своего амплитудного экстремального значения транзисторы 3 и 9 заперты и пиковый детектор переходит в режим хранения заряда, накопленного на запоминающем конденсаторе. Он находится в этом режиме все время, пока напряжение на запоминающем конденсаторе и, следовательно, напряжение на выходе детектора больше входного. При этом усилитель 1 продолжает находиться в активном состоянии, так кик теперь он охвачен отрицательной обратной связью через проводящий диод 2, а разность между входным и выходным напряжением гасится на резисторе 8. При поступлении на вход детектора напряжения, превышающего выходное, в схеме происходит процесс, аналогичный описанному выше, - запоминающий конденсатор заряжается до нового уровня входного напряжения. В предлагаемом пиковом детекторе импульсов обеспечивается уменьшение постоянной времени запоминающего конденсатора и, таким образом, повьш ение быстродействия. Кроме того, исключается перекомпенсация и, следовательно, повьшается точность. Формула изобретения Пиковый детектор импульсов, содержащий операционный усилитель, неинвертирующий вход которого соединен с входной шиной, выход соединен с катодом диода и базой первого транзистора, коллектор которого через . первый резистор подключен к шине питания, запоминающий конденсатор, первая обкладка которого соединена с общей шиной, повторитель напряжения, вход которого соединен с эмиттером первого транзистора, а выход - с выходной шиной, и через второй резистор с инвертирующим входом операционного усилителя и анодом диода, о тичающийся тем, что, с елью повьппения быстродействия, в него дополнительно введены второй транзистор с противоположным типом проодимости по отношению к первому ранзистору , ускоряющий конденсаор, емкость которого намного менье емкости запоминающего конденсатоа, и третий резистор, при этом кол51272259

лектор второго транзистора подключен тий резистор к эмиттеру первого транк второй обкладке запоминающего кон- зистора, база второго транзистора денсатора и через соединенные парал- соединена с коллектором первого транлельно ускоряющий конденсатор и тре- зистора, а эмиттер - с шиной питания,

Изобретение относится к области электроизмерений и может быть использовано в приборах для измерения амплитуды импульсов. Цель изобретенияповьшение быстродействия путем уменьшения постоянной времени заряда запоьшнающего конденсатора. Пиковый детектор содержит операционный усилитель 1, диод 2, первый транзистор 3, первый резистор 4, шину 5 источника питания, запоминающий конденсатор 6, повторитель 7 напряжения и второй резистор 8. Кроме того, в него введены второй транзистор 9 с противоположным типом проводимости по отношению к первому транзистору 3, ускоряющий конденсатор 10 и третий резистор 11. Емкость ускоряющего конденсатора 10 намного меньше емкости запоминающего конденсатора 6. Введение в устройство вьппеупомянутьгх элементов позволило также сформировать сигнал отрицательной обратной связи таким образом, чтобы несмотря на его § задержки в повторителе напряжения и дифференциальном усилителе исключить (Л перекомпенсацию. Тем самым пиковый детектор реализует повышенное быстродействие без применения дорогостоящей сверхширокополосной элементной базы. 1 ил.