Устройство измерения времени установления выходного напряжения операционного усилителя Советский патент 1988 года по МПК G01R29/02 

со а 00

00 ND

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использован в аппаратуре контроля параметров операционных усилителей.

Целью изобретения является повышение помехоустойчивости и точности измерения времени установления выходного напряжения операционного усилителя .

На фиг.1 представлена структурная схема устройства измерения времени установления выходного напряжения операционного усилителя; на фиг.2 - временная диаграмма, поясняющая работу устройства.

Устройство измерения времени установления выходного напряжения операционного усилителя (фиг.1) содержит задающий генератор 1 импульсов возбуждения, исследуемый операционный усилитель (ОУ) 2, резистивный делитель из резисторов 3 и 4, два ограничительных диода 5 и 6, измерительный усилитель 7, измеритель 8 временных интервалов, компаратор 9 напряжения, дополнительный генератор 10, первый 11 и второй 12 логические вентили, первый 13 и второй 14 счетчики, первый 15 и второй 16 RS-триг- геры, третий счетчик 17, ждущий мультивибратор 18, третий 19 и четвертый 20 логические вентили, элемент 21 задержки, четвертый счетчик 22, цифроаналоговый преобразователь (ЦАЛ) 23, четыре кодонаборника 24-27

Шина Пуск соединена с управляющим входом четвертого счетчика 22 и входом задающего генератора 1, выход которого соединен с входом дополнительного генератора 10 и инвертирующим входом исследуемого ОУ 2, охваченного отрицательной обратной связью по неинвертирующему входу, выход ОУ 2 соединен с первым входом резистора 3, выход которого соединен с входом резистора 4, диодов 5 и 6 и входом измерительного усилителя 7, выход которого соединен с входом измерителя 8 временных интервалов и первым входом компаратора 9, второй вход которого соединен с общей шиной прямой выход компаратора 9 соединен с первым входом вентиля 11, инверсный выход компаратора 9 соединен с первым входом вентиля 12, второй вход которого соединен с выходом дополнительного генератора 10, вычитающим входом третьего счетчика 17 и

0

5

5

вторым входом вентиля 11, выход которого соединен с вычитающим входом первого счетчика 13, выход переполнения которого соединен с S-входом первого триггера 15, выход которого соединен с первым входом вентиля 19, выход которого соединен с суммирующим входом счетчика 22, выход которого соединен с входом ЦАП 23, выход которого соединен с вторым входом резистора 4, выход вентиля 12 соединен с вычитающим входом счетчика 14, выход переполнения которого соединен с S-входом триггера 16, выход которого соединен с первым входом вентиля 20, выход которого соединен с вычитающим входом счетчика 22, выход счетчика 17 соединен с входом ждущего Q мультивибратора 18, выход которого соединен с вторыми входами вентилей 19 и 20 и входом элемента 21 задержки, выход которого соединен с R-BXO- дами триггеров 15 и 16, с управляющими входами счетчиков 13, 14 и 17, выходы кодонаборников 24-27 соединены соответственно с входами параллельной записи счетчиков 13, 14, 17 и 22.

Дополнительный генератор 10 содержит релаксационный генератор 28, элемент 29 задержки, логический вентиль 30, первьй вход которого соединен с входом дополнительного генератора 10 и входом элемента 29 задержки, выход которого соединен с третьим входом вентиля 30, второй вход которого соединен с выходом релаксационного генератора 28, выход вентиля 30 является выходом дополнительного генератора.

Устройство работает следующим образом.

По сигналу Пуск генератор 1 импульсов возбуждения вырабатывает последовательность импульсов, период которой должен быть больще удвоенного времени установления выходного напряжения ОУ плюс дополнительное время, отводимое на балансировку ОУ (фиг.2а). Импульсы возбуждения поступают на один из входов ОУ 2, охваченного отрицательной обратной связью. Сигнал с выхода исследуемого ОУ 2 (фиг.2б) поступает на схему вычитания аналоговых сигналов, выполненную на резистивном делителе, состоящем из резисторов 3 и 4. Для уменьшения перегрузки измерительного

0

5

0

5

0

5

усилителя 7 к средней точке делителя подключены два ограничивающих диода 5 и 6. На второй вывод резистив- ного делителя подается компенсирующее напряжение с выхода ЦАП 23, входящего в состав устройства балансировки. Разностный сигнал U(t) выходного напряжения ОУ 2 Uo(t) и компенсирующего напряжения усиливается измерительным усилителем 7 и подается на вход измерителя 8 временньк интервалов, с помощью которого выделяется и измеряется время установления.

Компенсирующее напряжение формируется с помощью устройства балансировки следующим образом.

Сигналом Пуск в реверсивный счетчик 22 по входам параллельного ввода (Dp - В„.,) с кодонаборника 27 осуществляется установка начального значения кода, соответствующего установившемуся значению UycTo заданному ТУ на ОУ. Затем устройство балансировки переводится в следящий режим, при котором компенсируются напряжения смещения исследуемого и измерительного ОУ и производится отслеживание за дрейфом этих напряжений. Поскольку следящий режим осуществляется в зоне, где щумовая составляющая сигнала ОУ имеет тот же порядок или даже превьщ1ает требуемую точность уравновешивания, то следящий режим организуется с использованием принципа статистической обработки, а именно выделения медианы установившегося режима, т.е. такое значение и, при котором выполняются услойия

РГи(„,7и,,„ PCU(, .- u,,.,j (1)

или

(,OJ PUU(, .,5, (2)

где I ( д, 1 установившееся значение выходного напряжения ОУ; U(a,) - установившееся значение разностного сигнала, т.е. вероятность того, что напряжение на выходе измерительного усилителя 7 после определения U уст.« больше О, равна вероятности того, что око меньше или равно нулю. Для организации следящего режима со статистической обработкой с кодонаборни- ков 24 и 25 в счетчики 13 и 14 заносится код N/2 + Л , а с кодонаборника 26 в счетчик 17 - код N, число N выбирается из условия требуемого числа усреднений при формировании каждого импульса следящего режима и зависит от уровня шумов данного типа ОУ. Фронтом импульса возбуждения U запускается дополнительный генератор

тактовых импульсов, на выходе кото- рого через задержку -с 7 t ст (фиг.2д) формируются тактовые импульсы, подаваемые на вычитающий вход счетчика 17 и через вентили 11 и 12 на входы

счетчиков 13 и 14. Разрешение прохождению сигналов через вентили 11 и 12 обеспечивают сигналы с выходов компаратора 9 (фиг.2г), для которого справедлива зависимость

, J 1 , если /)U . О, , . X I О, если Л1Т 0;

и;

о.

если если

JU О, Л и О,

(4)

где U|j и 0 - безразмерное значение сигналов на выходах компаратора.

Сигнал на выходе счетчика 13 появляется в том случае, если

и 7 N/2 +й

или 1/N и;, . 7 1/2 + Л/N.

(5)

N

Значение 1/N U

к 1

).

Таким образом, появление сигнала на выходе счетчика 13 соответствует условию PtU(a,)0 1/2 + J/N, а аналогично появление сигнала на выходе счетчика 14 - условию ) 0 1/2 + 4/N. Следовательно, отсутствие сигналов на выходе счетчиков 13 и 14 соответствует выпо:тнению условия (2).

Сигналы с выхода счетчиков 13 и 14 управляют разрешением прохождения импульсов с выхода ждущего мультивибратора 18 на суммирующий и вычитающий входы реверсивного счетчика 22 (фиг.2ж). Ждущий мультивибратор 18 запускается импульсом переполнения счетчика 17, который появляется через N импульсов тактового генератора 10 (фиг.2е). Через элемент 21 задержки осуществляется установка счетчиков 13, 14 и 17 в исходное состоя- ние и последующее формирование очередного импульса режима следящего уравновешивания. Код счетчика 22 преобразуется в напряжение ЦАП 23, которое подается на второй вывод резис- тивного делителя. Это напряжение, таким образом, отслеживает медиану установившегося значения выходного напряжения ОУ. Для симметричных законов распределения шумовых составляющих сигналов медиана U,. равна математическому ожиданию установившегося значения.

Необходимость повышения точности выделения разностного сигнала

операционного усилителя, содержащее генератор импульсов возбуждения, исследуемый операционный усилитель, резистивный делитель, два ограничительных диода, измерительный усилитель, измеритель временных интервалов, компаратор напряжения, реверсивный счетчик, цифроаналоговый преобразователь, вход которого соединен с выходом реверсивного счетчика, выход генератора импульсов возбуждения соединен с инвертирующим входом исследуемого операционного усилителя, охваченного отрицательной обратной связью, выход которого соединен с первым выводом резистивного делите

Изобретение может быть использовано в аппаратуре контроля параметров операционных усилителей. Устройство содержит генератор 1 импульсов возбуждения, резистивный делитель, включающий резисторы 3 и 4 и диоды 5, 6, измерительный усилитель 7, измеритель 8 временных интервалов, компаратор 9 и цифроаналоговый преобразователь 23. Введение генератора 10, логических вентилей 11, 12, 19 и 20, счетчиков 13, .14, 17 и 22, RS- триггеров 15 и 16, ждущего М1, льти- вибратора 18, элемента 21 задержки и кодонаборников 24-27 повышает помехоустойчивость и точность измерения времени установления выходного напряжения операционного усилителя 2. В описании приведен пример реализации генератора 10, состоящего из элемента 29 задержки логического вентиля 30 и генератора 28. 1 з.п. ф-лы, 2 ил. с $ (Л

jU(t) Ua(t) - и

с (оо)

где Up(t) - выходное напряжение ОУ, связано с тем, что при изменении t, фиксируется момент вхождения в малую зону фиксации от установившегося значения ±Е , составляющую от 0,1 до 0,01% от и j,(j . Причем погрешность выделения этой зоны не должна превышать 10%, т.е. требуется точность фиксации уровня сигнала с погрешностью до 0,001% в наносекундном диапазоне изменения сигналов, что технически нереализуемо. В связи с этим выделяется переменная составляющая и зона i Е отсчитывается от нулевого уровня. Однако шумовая составляющая на выходе ОУ не позволяет вьщелить указанную зону без использования методов статистической обработки. Широкополосность быстродействующих ОУ, для которых собственно время установления и является нормируемым параметром, связана с пропусканием широкого спектра шумов и уве- личеАием их уровня.

В качестве измерителя временных интервалов может быть использован осциллограф, по которому визуально фиксируется момент вхождения сигнала 4U(t) в заданную зону ± и производится измерение времени установления. Современные программно-управляемые стробоскопические осциллографы позволяют автоматизировать этот процесс. Кодонаборники выполняются в виде набора перемычек на входе счетчиков , Формула изобретения

ключены два ограничивающих диода и вход измерительного усилителя, выход которого соединен с входом измерителя временных интервалов и первым входом компаратора, второй вход которого соединен с общей шиной, выход цифроаналогового преобразователя соединен с вторым выводом резистивного делителя, отличающееся тем, что, с целью повьпиения точности измерения и помехоустойчивости, в него дополнительно введены три счетчика, четыре логических вентиля, два RS-триггера, ждущий мультивибратор, дополнительный генератор импульсов, элемент задержки и четыре кодонабор- ника, при этом прямой выход компаратора соединен с первым входом первого вентиля, инверсный выход компаратора соединен с перв1 м входом второ

соединен с выходом дополнительного генерат ора, вычитающим входом третьего счетчика и вторым входом первого вентиля, выход которого соединен с вычитающим входом первого счетчика, выход переполнения которого соединен с S-входом первого триггера, выход которого соединен с первым входом третьего вентиля, выход которого соединен с суммирующим входом реверсивного счетчика, вычитающий вход которого соединен с выходом четвертого вентиля, первый вход которого соединен с выходом второго RS-триггера, S-вход которого соединен с выходом переполнения второго счетчика, вычитающий вход которого соединен с выходом второго вентиля, выход переполнения третьего счетчика соединен с входом ждущего мультивибратора, выход которого соединен с вторыми входами третьего и четвертого вентилей и входом элемента задержки, выход которого соединен с R-входами первого и второго триггеров и с управляющими входами первого, второго, третьего счетчиков, управляющий вход реверсивного счетчика соединен с шиной Пуск и входом генератора импульсов возбуждения, выход которого соединен с входом дополнительного генератора импульсов, выходы первого, второго, третьего и четвертого кодо- наборников соединены соответственно с входами параллельной записи первож

Редактор И.Шулла

Составитель В.Котов Техред И.Попович

го, второго и третьего реверсивного счетчиков.

фиг.г

Корректор С.Шекмар