Устройство измерения времени установления выходного напряжения быстродействующих операционных усилителей Советский патент 1987 года по МПК G01R29/02 

Изобретение относится к электронной технике и может быть использован в аппаратуре, контроля и измерений параметров быстродействующих операционных усилителей (ОУ).

Целью изобретения является повышение точности измерения времени установления выходного напряжения быстродействующих ОУ.

На фиг.1 изображена электрическая структурная схема предлагаемого устройства; на фиг.2 - временные диаграммы, поясняющие работу устройства

Устройство .содержит генератор 1 импульсов, первый выход-которого соединен с входом исследуемого ОУ2, выходом подключенного к первому вьшо ду резистивного дел.ителя на резисторах 3 и 4 и входу второго измерительного усилителя 5, выходом подключенного к первому входу осциллографа 6, ограничивающие диоды 7 и 8 Шоттки, первые электроды которых подключены к общей шине, а вторые электроды - к среднему выводу резистивного делителя, к которому подключен вход фильтра 9 нижних частот, выходом соединен

НОГО с входом первого измерительного усилителя 10, выход которого подключен к второму входу осциллографа 6 и первому входу компаратора 11 напряжения, второй вход которого соединен с общей шиной, а выход - с входом управления режимом раооты реверсивного счетчика 12, синхровход которого соединен с вторым выходом генератора 1, а информационные.выходы - с входами цифроаналогового преобразователя (ЦАП) 13, выход которого через резистор 14 соединен со средним выводом резистивного делителя, третий выход генератора 1 импульсов соединен с входом элемента I5 регулируемой задержки, выходом подключенного к входу формирователя 16 эталонного перепада напряжения, выход которого соединен с вторым выводом резистора 4 резистивного делителя.

I

При включении исследуемого ОУ в режиме неинвертирующего повторителя на перепаде напряжения от U к О уст- ройство работает следующим Образом.

Предварительно на выходе ЦАП 13 устанавливается напряжение U. Напря- жению и, на первом выходе генератора

1 (диаграмма а, фиг.2) соответствует

,м

+ и на выходе ОУ2 (диаграмма б, фиг.2), а напряжению

напряжение U,, + U

и на втором выходе генератора 1, равному логической 1 (диаграмма е, фиг.2),- отрицательное напряжение U

8

на выходах формирователя да (диаграмма ж, фиг.2).

16 перепа- Результиру0

ющее напряжение Uj на среднем выводе резистивного делителя (диаграмма в, фиг.2) определяется как

и,к, (и + и:),и,.

5

где К.

К.

К.

0

5

1/R,

Т7к7-и7к +Т7к7-и/К4

l/Ri

Т7Ё7 Т7к1+Т7к7+T7R4

1/R, . . l/R, + l/R/

сопротивление резистора 3; сопротивление резистора А; сопротивление резистора 14; сопротивление нагрузки (в данном устройстве это входное сопротивление усилителя 10, когда Ua - напряжение отпирания диодов 7 и 8). Полагая R4 R, R, Rj а

R г

RI - R. -/11 /

К

0

ное

, и, О, находим, К. 0,5 и Uj 0,5 усилителя где К

что

и°

напряжение К(0,5 и н- и

2. Выход- 10 и.

и,

- ко35

,- fi 3

i cm М 4 CW

эффициент передачи и напряжение смещения нуля усилителя IО (диаграмма г, фиг.2).

В

соответствии жения и, от и к О 1

1 на

ливается Uj , а в

с перепадом напряна первом выходе

генератора 1 на выходе ОУ2 устанавт напряжение смещения нуля соответствии с перепадом напряжения от логической I к логическому О на втором выходе генератора 1 на выходе формирователя 16 перепада устанавливается нулевое напряжение, при этом на среднем вы- г воде резистивного делителя формируется напряжение U,

0

а на выходе усилиНапряжениеобусловлено напряжениями смещения

о

теля 10-.напряжение U

:

нуля и

и и, ОУ2

и усилителя 10.

0

г г

После установления напряжений Uj ,° ,и° на третьем выходе генератора 1 формируется пачка импульсов напряжения U (диаграмма д,фиг.2), воздействующая на синхровход реверсивного Счетчика 12. При U. О на . выходе компаратора 11 - логический О ив соответствии с импульсами напряжения Ug происходит уменьшение содержимого счетчика 12, выходное

3Г3

напряжение U, ЦАП 13 изменяется до тех пор, пока напряжение Uy не дос-. тигнет нуля. Момент равенства U. « О фиксируется компаратором 11 (при Uj О на вькоде компаратора 11 - логическая 1 и содержимое счетчика 12 в соответствии с импульсами U увеличивается).

Если количество импульсов пачки недостаточно для полного уравновешивания за один такт, то для этого может быть использовано несколько тактов. Дрейф напряжений ОУ2 и усилителя 10 таким образом постоянно отслеживается цифровой схемой уравно .вешивания, включающей компаратор 11, счетчик 12, ЦАП 13, резистор 14, которая быстро может переводиться из режима следящего уравновешивания в режим хранения и тем самым не влияет на динамические процессы, происходящие в исследуемом ОУ2 в переходном режиме. Сопротивление резистора 14 в устройстве выбрано намного больше, чем сопротивление резисторов 3 и 4, так как напряжение U обычно не превышает 100 мВ, а ЦАП 13 может быть взят с максимальным напряжением /и,/ 10 В.

В момент t, на первом выходе генератора 1 вырабатывается перепад напряжения и, от к О, в ответ на который на выходе ОУ2 формируется перепад напряжения от Uz к напряжению смещения нуля ОУ2 U,, , при этом выполняются условия t ,щ. t цст- 3S, S ;, 6,/и:. 8 ,/иГ , где t,,j(, ,0, , ,t, Oj , 2 времена и относительные погрешности установления напряжений, допустимые отклонения напряжений от установившихся значений на первом выходе генератора 1 и выходе ОУ2,

С опережением на интервал tj (диаграмма е, фиг.2) относительно момента tj на втором выходе генератора 1 вырабатывается перепад -напряжения и от логической 1 к логическому О, в ответ на который на выходе формирователя 16 перепада формируется перепад напряжения Ug от минус Ug к Нулю, при этом выполняются условия

;, itjcr ;3 S, s S ; 3 Ej/Ug, где t,y , Sj , 3 - время и относительная погрешность установления напряжения, допустимое отклонение напряжения от установившегося значения на выходе формирователя 16

94

перепада, В течение интервалов t на первом выходе генератора 1 удерт живается нулевое напряжение, на втором выходе генератора 1 - логический

О, на интервалах Т - t на перйом выходе генератора 1 .удерживается напряжение U, а на втором выходе - логическая 1, причем t, Т - t

- 1 1JCT

Синхронно, с перепадом выходного

М

напряжения U от U к О ОУ2 формируется перепад отрицательного выходного напряжения Ug от минус Ug к нулю формирователя 16 перепада, а

на среднем выводе резистивного делителя вырабатывае,тся разностное напряжение и, размах которого ограничен диодами 7 и 8 Шоттки до 0,8 В (±0,4 В). Элемент 15 задержки регулируется до совпадения момента перепада напряжения и„ от минус U.. к

Dв

нулю с моментом достижения выходным напряжением U ОУ2 уровня 0,5 U при перепаде от U к нулю, .при этом

напряжение U имеет форму двух выбросов противоположной полярности, примерно равной длительности, и размахом 0,8 В. После положительного выброса наблюдается процесс установления напряжения U, соответствующий установлению напряжения U вблизи установившегося значения. На практике элемент 15 задержки регулируется до момент-а, когда выбросы напряжения

Uj. на выходе усилителя 10 будут

иметь равную длительность и амплитуду (диаграмма з, фиг.2),

Введением фильтра 9 нижних частот, на выходе которого формируется напряжение U., достигается эффективное уменьшение размаха выбросов напряжения и,, благодаря чему устраняется перегрузка осциллографа 6, усилитель 10 переводится в режим работы по малому сигналу, снижается скорость изменения напряжения на его входе, за счет чего исключаются звоны напряжения U. При правильно выбранной частоте среза фильтра 9 процесс

установления напряжения U вблизи его установившегося значения незначительно отличается от процессов установления напряжений U, вблизи

их .установившихся значений.

Начальный момент отсчета времени установления определяется по первому каналу осциллографа 6, подключенному для развязки через второй измеритель513

ный усилитель 5 к выходу ОУ2. По первому каналу осциллографа 6 установлен коэффициент отклонения (0,1- 1 В) В/см и осциллограф. 6 работает без перегрузки. Начальный момент от-- счета времени установления ОУ2-мо- мент пересечения напряжением U ОУ2 .уровня 0,9 и при передаче напряжения от Uj к нулю. По осциллографу 6 определяется интервал времени t от начального момента отсчета (диаграмма 5 , фиг.2) до установления напряжения на выходе первого измерительного усилителя 10 с заданной погрешностью (диаграмма з, фиг.2), из которого с учетом задержек в первом и втором измерительных усилителя 10 и 5, фильтре 9 находится время установления ОУ2. При определении момента установления напряжения Ug. необходимо учитывать соотношение погрешности установленных напряжения Uj и заданной погрешности установления j, выходного напряжения U ОУ2, связанных формулой Установленне напряжения Uy определяется относительно его нулевого уровня.

Формула изобретения

Устройство измерения времени установления выходного напряжения быстродействующих операционных усилителей, содержащее генератор импульсов, первый выход которого соединен с одной клеммой для подключения исследуемого объекта, резистивный делитель из двух резисторов, один вывод которого

96

соединён с другой клеммой для подключения исследуемого объекта, ограничивающие диоды Шоттки, включенные ду средним выводом резистивного делителя и общей шиной, первый измерительный усилитель, выход которого подключен к первому входу осциллографа и первому входу компаратора напряжения, второй вход которого соединен

с общей шиной, а выход - с входом управления режимом работы реверсивного счетчика, синхровход которого подключен к второму выходу генератора импульсов, а информационные выходы к входам цифроаналогового преобразователя, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, в него введены второй измерительный усилитель, формирователь эталонного

перепада напряжения, пассивный фильтр нижних частот, элемент регулируемой задержки, резистор, причем вход второго измерительного усилителя соединен с выходом исследуемого операционного усилителя, а выход - с вторым входом осциллографа, выход цифроаналогового преобразователя через резистор подключен к среднему выводу резистивного делителя, к KOTO-I

рому подключен вход фильтра нижних частот, выходом подключенного к входу первого измерительного усилителя, третий выход генератора импульсов соединен с входом элемента регулируемой задержки, выход которого соединен с входом формирователя эталонного напряжения, выходом подклюг ченного к второму выводу резистивного делителя.

a

6

. iJ3U

tjK

Tii

U5(B)

III

4-- -iit-.

a

US(B)

UT№)

1

ж

(J

Составитель В.Антохин Редактор Л.Гратилло Техред М.Ходанич Корректор Г.Решетник

Заказ 2506/39 Тираж 730Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул.Проектная,4

Фиг2

Изобретение относится к электронной технике. Цель изобретения - повышение точности измерения. Устройство содержит генератор 1 импульсов, операционный усилитель 2, измерительный усилитель 10, осциллограф 6, компаратор 11-напряжений, реверсивный счетчик 12 и цифроаналоговый преобразователь 13. Введение измерительного усилителя 5, пассивного фильтра 9 нижних частот, формирователя 16 эта лонного перепада напряжения, элемента 15 регулируемой-задержки, резистора 1 4 и образование новых функциональных связей позволяет достичь поставленную цель. 2 ил. (Л 00 00 со- 00 со Фиг.1