Высоковольтный генератор степенной функции Советский патент 1988 года по МПК G06G7/20 

ВД dli

1

fa

со

о

О)

ел

Изобретение относится к аналоговым вычислительным и измерительным устройствам экспериментальной физики, в частности к диагностическим прибо- рам для исследования ионных сгустков, полученных из импульсной плазмы.

Цель изобретения - повышение точ ности работы генератора.

где и /} определяются видом функции U(t), количеством элементов разложения (экспонент), интервалом разложения;

- тз г

1. f,-

с- к.с„

R.C,,

1; 2; 3) - постоянные времени. После разложения по степеням р

Изобретение относится к аналого- вым вычислительным и к измерительным устройствам экспериментальной физики, в частности к диагностическим приборам для исследования ионных сгустков, полученных из импульсной плазмы. Целью изобретения является повышение точности работы генератора. Высоковольтный генератор степенной функции содержит параллельно включенные КС-цепи 1 - 1 , разрядный резистор 2, , 2j, нагрузочный конденсатор 3, высоковольтный ключ 4, первый 5 и второй 6 ключи, эталонный конденсатор 7, преобразователь 8 интервала времени в код. RC-цепи вьшолнены в виде последовательно включенных времязадающих резисторов 9,-9 и вре- мязадающих конденсаторов 10,-10 . Генератор имеет вход II запуска, входы 12 и 13 задания режима работы, цифровой калибровочный вход 14, аналоговый выход 15, цифровой выход 16, шину высокого напряжения 17. Достижение поставленной цели обеспечено благодаря введению в генератор двух ключей, эталонного конденсатора и преобразователя интервала времени в код, а также благодаря новым связям между указанными элементами. I ил. i (Л

и(р) и, Z

Р Ль

(А)

На чертеже представлена блок-схе Ю полиномов числителя и знаменателя ма высоковольтного генератора сте- выражения U(p) получают соотношение: пенной функции.

Предлагаемый генератор содержит параллельно включенные КС-цепи 1,-1 , разрядный рез истор 2, выполненный в 15 виде делителя напряжения на резисторах 2, и 2, нагрузочный конденсатор 3 с емкостью С, высоковольтный ключ

4, первый 5 и второй 6 ключи, эта-„ ..

„-. -.,, ливается при сравнении выражении (3)

лонный конденсатор 7 и преобразова- /О ,, ч .. л i / ,

и (4). Полагая 1 1 мкс (см. формулу

Соответствие между заданными значениями 0 ,

1 и параметрами элект0

рическои схемы f , и С устанавтель интервала времени в код 8. КС- цепи 1,1 KJ выполнены в виде последовательно включенных времязадающих

резисторов 9,-9у и времязадаю1цих кон ,„.74 постоянных времени i. , Cl, С ,

денсаторов 10,-10,,, выполненных циф- . , , „,к„„, „„.,„„,.„ °„ роуправляемыми. Количество RC-цепей 1,-1 определяется числом экспонент, аппроксимирующих требуемую функцию

(в данном случае число аппроксимиру-

,х „qn мени в m раз, то необходимо, сохрающих экспонент N+1). Iенератор чмеет и г- I-uifR тр жр чнячрныя гпггпптмппрний по-

вход 11 запуска, входы 12 и 13 задания режима работы, цифровой калибро(1) и сопоставляя выражения (3) и (4), находим по известным из аппроксимации параметрам о к и значения

что позволяет выбрать значения сопротивлений резисторов и емкостей конденсаторов. Если требуется увеличить (уменьшить) значение постоянной вре-

нив те же значения сопротивлений резисторов, увеличить (уменьпшть) в m раз значения емкостей конденсаторов.

вочный вход 14, аналоговый выход 15, цифровой выход 16 и шину 17 высокого напряжения.

Генератор способен генерировать импульсы напряжения

U(t)

(

(1) 40

где Т - постоянная времени;

и - амплитуда генерируемых импульсов;

п - показатель степени (п О). При размыкании высоковольтного ключа 4 на выходе генератора выраба- тьгоается импульс напряжения, равньй cvMMe экспонент

U(t) U(, Х .V, ехр (),

k

ИЛИ в операторной форме Лапласа;

и, М . t -7(

U(p) Pt /-

-t- -- + р z

и(р) и, Z

Р Ль

(А)

Соответствие между заданными зна„ ..

чениями 0 ,

1 и параметрами элект0

рическои схемы f , и С устанав(1) и сопоставляя выражения (3) и (4), находим по известным из аппроксимации параметрам о к и значения

, , „,к„„, „„.,„„,.„ °„

что позволяет выбрать значения сопротивлений резисторов и емкостей конденсаторов. Если требуется увеличить (уменьшить) значение постоянной вре-

uifR тр жр чнячрныя гпггпптмппрний по-

нив те же значения сопротивлений резисторов, увеличить (уменьпшть) в m раз значения емкостей конденсаторов.

Генератор имеет 2 режима: рабочий и калибровки.

Рабочий режим.

Ключ 3 разомкнут, а ключ 6 замкнут. В исходном состоянии высоковольтный ключ 4 замкнут. С приходом импульса Старт по входу 11 размыкается ключ 4 и на выходе 15 формируется напряжение

N-11

U(t)

kr

« ехр (-/ifct),

(5)

где N - число RC-цепей 1,-1„, 0 и /, - параметры переходного процесса.

Соответствие между параметрами d, Ь, и постоянными времени C,, (С, ,; , К,С„; „ R,C „ k 1,..,N) определяется из соотношений (3) и (4), Функция (5) является аппроксимирующей для требуемой степенной функции.

Режим калибровки.

313706

Необходимость периодической калибровки связана с температурным и временным дрейфом, а также с неконтролируемыми изменениями внешних условий эксперимента. Например, значение

параметра i зависит от входной емкости отклоняющих пластин электродинамического анализатора, которая известна лишь приблизительно и величина которой зависит от различных причин. Расчеты позволяют сделать вьшод о значительной чувствительности формы генерируемой функции к изменению параметров f , Г и . Поэтому дол- говременная точность установки и поддержание в экспериментальных условиях необходимых значений постоянных времени является определяющей для достоверности экспериментальных данных.

Любое значение постоянных времени Oj может быть представлено линейной комбинацией двоично-взвешенных разрядных весов вида:

1 S л 1 . - . , ,

О где IK - i-й разрядный вес k О, 1,...,N.

Калибровка проводится раздельно для каждого значения к, т.е. при измерении С ключи всех остальных цифроуправляемых конденсаторов 10,- 10 N КС-цепей l,-,, кроме k-x, отключены. Измерение постоянных времени переходных процессов осуществляется подачей импульса запуска на вход 1I, При этом размыкается высоковольтный ключ 4, запускается преобразователь 8 времени в код и генерируется экспоненциально спадающий переходный процесс, постоянная времени которого измеряется преобразователем 8.

Калибровка осуществляется следующим образом.

I. Определяется значение t° разности между значением эталонной по-

стоянной времени величиной Ij,-,

и максимальной

. -

Эта оценка производится по результатам двух измерений. Первое измере- ние - измерение значения про- изводится при замкнутом ключе 5, разомкнутом ключе 6 и нулевом входном коде, подаваемом на цифроуправляемый

конденсатор k-й калибруемой КС-цепи It (все ключи разомкнуты). Второе измерение - измерение полной суммы - производится при разомкнутых ключах 5 и 6 и максимальном входном коде по входу 14.

1 г2

Эта оценка производится также по результатам двух измерений. Первое измерение при входном коде 100...00 по входу 14, второе измерение при входном коде 011 ... II по этому же входу.

Далее определяют значение t разности следующего веса и суммы всех меньших разрядных весов по результатам двух измерений при входных кодах 010...00 и 001...II соответственно по входу 14. Затем определяют

значение третьей разности t

потом

30

t и т.д. до t 7 ние 1-й разности

Причем определе

35

производится по результатам двух измерений при входных кодах 00... ОIО... 00 (единица стоит на 1-м месте слова) и ОО...ООК..1 1.

(. -

Ч 2 к

+ t

- t

ы

),

50

причем вычисления производятся с определения величины старшего разрядного веса, которую определяют по ле:

о s ( л + t 1 2 3 f

tp.

и переходят к меньшим разрядным весам. Указанную процедуру выполняют для всех КС-цепей I,-1 и цепи 2-3 (Ro - Со).

Результаты измерений поступают через выход 16 генератора на вычислИ - тельное устройство, которое осуществляет управление процессом калибровки и вычисление истинных значений разрядных весов.

Интегральная нелинейность ui воспроизведения О оценивается соотношением:

&г (п + )/5t,

где 51 - максимальная ошибка измерений t

п - количество калибруемых разрядных весов.

Для измерения постоянных времени экспонент для данного генератора использован преобразователь времени в код с интегральной нелинейностью 10 . В этом случае ошибка t составляет десятые доли наносекунд. Таким образом, при числе калибруемых весов п

JO жения, а управляющий вход является входом запуска генератора, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, он содержит первый и второй ключи, эталонный кон-

)5 денсатор и преобразователь интервала времени в код, вход запуска которого соединен с входом запуска генератора, . а выход является его цифровым выходом, разрядный резистор выполнен в

20 виде делителя напряжения, средний вывод которого соединен с информационным входом преобразователя интервала времени в код и через первый ключ подключен к одной из обкладок эталон 10 ошибка интегральной нелинейности 25 ного конденсатора, подсоединенного составляет л il нсек.

другой обкладкой к шине нулевого потенциала, времязадающие конденсаторы RC-цепей и нагрузочный конденсатор выполнены цифроуправляемыми и под- Высоковольтный генератор cTei шой 30 ключены управляющими входами к цифФормула изобретени

функции, содержащий N параллельно включенных КС-цепей, каждая из которых вьтолнена в виде последовательно соединенных времязадающего резистора и времязадающего конденсатора, разрядный резистор, включенный параллель- но RC-цепям, нагрузочный конденсатор, первая обкладка которого соединена с

аналоговым выходом генератора, а вторая обкладка подключена к шине нулевого потенциала и объединенным обкладкам времязадающих конденсаторов

КС-цепей, и высоковольтный ключ, два информационных вывода которого соединены соответственно с объединенными выводами времязадающих резисторов RC-цепей и шиной высокого напря-

жения, а управляющий вход является входом запуска генератора, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, он содержит первый и второй ключи, эталонный кон-

денсатор и преобразователь интервала времени в код, вход запуска которого соединен с входом запуска генератора, . а выход является его цифровым выходом, разрядный резистор выполнен в

виде делителя напряжения, средний вывод которого соединен с информационным входом преобразователя интервала времени в код и через первый ключ подключен к одной из обкладок эталонровому калибровочному входу генератора, второй ключ включен между объединенными выводами времязадающих резисторов RC-цепей и аналоговым вы- ходом генератора, а управляющие входы первого и второго ключей соответствуют входам задания режимов работы генератора.