Широкополосный стробоскопический преобразователь Советский патент 1988 года по МПК G01R13/34 

(Л

Изобретение относится к импульсной и измерительной технике и может быть использовано в стробоскопических осциллографаХз Цель изобретения - повышение точности преобразования сигналово При наличии запускающего импульса на клемме 32 синхронизации генератор 7 строби тульсов вырабатывает два симметричных разнополярных импульса, открывая ключ 2. Конденсатор блока памяти (БП) 3 заряжается в момент действия стробимпульсов до напряжения входного сигналао Напряжение БП 3 через развязывающий резис

К)

тор 4 подводится к входу буферного усилителя (БУ) 5„ Коэффихгиенты передачи БУ 5 и депителя 8 напряжения выбраны так, что напря кехгая на питающих входах 1 и 18 ВУ 5 в точности повторяют изменение капрлх сеШ Тя на третьем входе БУ 5 Поэтому потерк заряда через входные емкости БУ 5 нет Напряжение с вьпсода БУ 5 через масштабньй бло:х (МБ) 38 гсодводится к средней точке потенциометра 37 и напряжение на аноде н катс-де вентилей 35 и 36 соответственно изменяется на величинуJ проиорциональщгю величине напряжения, запомненного в БП 3„ ЕС.ПИ Е эличина коэффихц-лента перап,ачи (Kj) ffi 38 вь брана мз услоИзобретение относится к га-о зшьс-- ной и измерительной техгш:ке н может быть использовано для измерения мгновенных значеш5:й напряяеш-хй ш-грокопо- лосных и ет-ш шьсньк сигнзлоз, в част

НОСТИд в стробоскопических ОСЦИЛЛОГ

рафахо

Цель изобретения - повьивение точности преобразования устройства за сче исключения потери части заряда кок- денсатором памя:ти через паразитные емкости диодов ключа

На фиг о 1 приведена структз рная схема преобразоватепя| на фиг„ 2 - эквивалентная схема входной части преобразователя: без компенсаш-ш емкости токов VD,2. и VDAj нг фиг,, 3 - эквивапентная схема входной части преобразоватег я с компенсацией емкостных токов «iTiZ и Ш4„

З СТрОЙСТВО СОДерЖг-1Т ВХОДКЗ/Ю КЛеЬ Ему 1э четьфахгдаодный мостовой ключ 2 блок 3 памятИз развязыва. рез йс- тор 4 5 буфернмЧ: усилитель 5 выходную клемму 6, генератор 7 строб-им- пульсов5 делитель 8 напряжения,, пар™ вьй дифферендаольный операиионкый усилитепь 9у первый резистор 10 обратной связи, первьй масз1Т абньй резистор 11, первый источник 12 nwra- кжцего напрБ:лсеш- ;я S, второй аиффарен™ идальный операиионньгй ускги-п ель 13,

вия Kjg-Kj 1, где : Ку - коэффи1 1 ент переда ш SV 5, то изменение за™ nHpaiorai-ix напряжений на тэходах ключа 2 будут равны напряжению, заполненному в БП Зд т с во не будет изменения межэлектродных напряжений в диодах кпюча 2s, а следовательно, и напряжения на выходе БП 3 за счет перераспределения с емкостями диодов о Введение в устройство МБ 38 генераторов 34; 35 постоянного тока двух вентилей 33, 36, потенпиометра 37 позволяет устранить изменение напряжения на накопительном конденсаторе БП 3 после окончания строб-и тульса, что увепичивает точность преобразования входного сигнапа„ 3 ил„

второй резистор 1А обратной связи, второй масштабный резистор 15, второ источник 16 питающего напряжения, первьп 17 и второй 18 питающие входы буферного ycRnHTP Hj инвертирующие входь 19 и 20 первого 9 и второго 13 онеращюнных усилителей, неинвертн- pyioiipie входы 21 и 22 второго 13 и первого 9 операхщонных уснпителей, выходы 23 и 24 первого 9 и второго 13 операционных усилителей, выход 25 буферного усилителя, выходной затким 26 делителя, выходной зажим 27 генератора строб-и тульсов отрицательной полярHocTHj первый 28 и второй 29 зттравляющие входы четырехдиодного мостового у.якша вход 30 бу/феоного усилителя, выходной за;ким 31 генератора cтpoб мпyльcoв положительной лапярности, 32 скнхронизагщи, генератор 33 постоянного тока поло- житепьной папярности, генератор 34 постоянного тока отрицательной полярности,, перБЬй 35 и второй 35 вентили, составлекнью из К последовательно включенных диодов5 потекщ ометр 37 и мясштабньй блок 38„

Входная 1 подключена к входу четырехдяодного т {остового кпюча 2, сое,цикенного выходом с входом блока 3 памяти о Выход блока 3 памяти соединен черев развязьпзяюпшй резистор 4

с входом 30 буферного усилителя 5 Выход 25 буферного усилителя 5 подключен к выходной клемме 6 и входу делителя 8 напряжения. Выходной зажим 26 делителя 8 подключен к соединенным вместе неинвертируюпшм входам 21 и 22 дифференциальных операцион- ньк усилителей 9 и 13„ Выходы 23 и 24 усилителей 9 и 13 подключены соответственно к питающим входам 17 и 1.8 буферного усилителя 5, Инвертирующий вход 19 усилителя 9 подключен через масштабньй резистор 11 к источнику 12 питающего напряжения и через резистор 10 обратной связи к выходу 23 операционного усилителя 9, Инвертирующий вход 20 усилителя 13 подключен через масштабн ьй резистор 15 к источнику 16 питающего напряжения 16 и через резистор 14 обратной связи к выходу 24 усилителя 13. Выходной зажим 27 генератора 7 строб-импульса отрицательной полярности подключен к управляющему входу 28 четы- рехдиодного мостового ключа 2 и выходу генератора 33 постоянного тока положительной полярности. Выходной зажим 31 генератора 7 строб-импульса положительной полярности подключен к управляющему входу 29 четырех- диодного мостового ключа и выходу генератора 34 постоянного тока отрицательной полярности Анод первого вентиля 35 подключен к выходу генератора 33 постоянного тока положительной полярности, катод второго вентиля 36 подключен--к генератору 34 постоянного тока отрицательной поляр ностио Катод первого 35 и анод второго 36 вентилей подключены соответственно к двум крайним зажимам потенциометра 37, средний зажим которого через масштабное устройство 38 подключен к выходной клемме 6,

Устройство работает следующим образом,

В исходном режиме при отсутствии импупъса управления на клемме 32 синхронизации ключ 2 закрыт, поскольку на его управляющие входы 28 и 29 поданы запирагацие постоянные напряжения, образованные протеканием прямых токов через вентили 35 и 36 от генераторов 33 и 34 токов о Величина каждого из этих запирающих напряжений равна падению прямого напряжения на N последовательно включенных диодах и соответствующей части потенциометра 37, включенной между его крайним и средним зажимом. Напряжение на конденсаторе блока 3 памяти

и входе 30 и выходе 25 буферного усилителя и выходной клемме 6 равно нулю. Напряжения на выходе масштабного блока 38 и среднем зажиме потенциометра 37 также равны нулю При

наличии запускающего импульса на 32 синхронизации генератор 7 строб-импульсов вырабатывает на своих выходных зажимах 27 и 31 два симметричных разнополярньк импульса,

которые, воздействуя на управляющие входы 28 и 29 ключа 2, открьтают его. В результате конденсатор блока 3 памяти заряжается в момент действия строб-импульсов до напряжения входного сигнала входной клеммы 1, После око1тчания действия строб-импульсов напряжение блока 3 памяти через развязывающий резистор 4 подводится к входу 30 буферного усилителя Коэффициенты передачи буферного усилителя и делителя 8 выбраны так, что напряжения на питающих входах 17 и 18 буферного усилителя в точности повторяют изменения на входе 30 буферного

усилителя. Поэтому потерь заряда

через входные, емкости буферного усилителя 5 нет а Напряжение с выхода 25 буферного усилителя, пропорциональное напряжению на входе 30, через масштабный блок 38 подводится к средней точке потенциометра 37, В результате этого напряжение на аноде вентиля 35 и катоде вентиля 36 и, следовательно, запирающие напряжения на управляющих

входах 28 и 29 ключа 2 изменяются на величину, пропорциональную величине напряжения, запомненного на конденсаторе блока 3 памятио Если величина коэффициента передачи Kjg масщтабного блока 38 выбрана из условия «Ку 1,(где Kj. - коэффициент передачи буферного усилителя 5), то изменение запира1сящх напряжений на управляющих входах 28 и 29 ключа 2 точно

равны напряжению, запомненному на конденсаторе блока 3 памяти. При этом изменение межэлектродных напряжений на диодах VD2 и VD4 закрытого ключа 2 равно нулю и, следовательно,

потерь заряда накопительным конденсатором блока 3 памяти за счет перераспределения с емкостями этих диодов нет о Таким образом, напряжение на накопительном конденсаторе не из51437782

меняется по сраанению с уровнем, запомненным на нем при стробироват и. и не зависит от нестабильтюсти и нелинейности емкостей диодов ключа так же, как и от ем костей транзисторов буферного ус1-шителя5 что /велт тавает точность преобразования

Для доказательства этого на фиг„2 приведена эквивалентная схема входной части преобразователя 5 справедливая для моментов времени сразу после окончания действия строб-:ш«тульсов без компенсацкл емкостньпс токов VD2,, VD4 и в этой схеме емкостные токи через резистор 4 и вход 30 буферного усилителя 5 не учитьтаются из-за их отсутствия в известном устройстве,, Закрытые диоды ТО2 и VD4 ключа 2 заменены конденсаторами С,, и С, равными по -величине барьерной емкости диодов. Запирающие постоя иные.-напряжения на управлякщих входах 28 и 29 ключа 2 обозначены через Е,и Если считать, что к моменту окончания строб-импульсов напряжение на конденсаторе блока пя И1Яти точно равно напряжению входного сигнала V,, присутствующег на входной клемме 1, а прямое падение напряжения на открытых строб-импуль™ сами диодах VI)2 и VD4. составляет со™ ответственно Ипр.г и Upp,4, то исходя из закона Кирхгофа можно записать

vaivt

Cj UvD7

,j,

с,ьи,,

(1)

где значком h обозначено соответствующее изменение напряже} ня между значением, имевшим место к концу действия строб-импульсов;, и значением,, установившемся после их окончания.

При этом

ли, и &и

t

ди

vsci. и„р, - (

VD4

Un(v4 НЦ

где ицц- напряжение5 установившееся на конденсаторе блока памяти после окончания строб-импульсов о

Это напряжение находят из совместного решения приведенных уравнений

С J

и

2

с,и.

« с н + С„ с.

- с,

л

ч

(2)

В полученном выражении второй и третий член не зависят от входного сигнала, поэтому их штияние на результат измерения молсет быть учтено путем калибровки схемы (установки нуля) изменением или Кроме того, в симметричной схеме диоды кпгоча 2 идегттичны (Unp..j Unp.s С Сд), а напряжения смещения равны по величине и противоположных по

20

знаку E, E-2fto Поэтому во всех с-пучаях можно приближенно считать

и

9Х

(3)

Напряжение на конденсаторе памяти, а следовательно, и выходное напряжение преобразователя не равно напряжению сигнала и зависит от величин емкостей диодов и емкости памяти,

Эти емкости подвержены температурным и временным изменениям. Кроме того, величина емкостей диодов непостоянна и зависит от напряжения на диоде, а следовательно, от величины

напряжения сигнала Ug , В силу этого выходное напряжение преобразователя нестабильно во времени при изменении температуры и нелинейно зависит от уровня входного сигнала5 что

снижает точность преобразования.

На фиг о 3 приведена эквивалентная схема входной части преобразователя с компенсацией емкостных токов VD2 и VDAj справедливая для моментов

времени после окончания строб-импульсов. Она ид,ентична схеме фиг о 2, в которой последовательно с исходными запирающими, напряжениями Е,, и введены напряжения, поступающие с выхода 25 буферного усилителя 5 через масштабный блок 38„

Быражеьгие определяющее напряжение на накопительном конденсаторе, можно найти из выражения (2), если

в нем произвести замену

Е

29

ЕМ 5- К

S,s К,

К д-Ику

С учетом принятых ранее допущений об идентичности элементов папучим (см„фиг„3).

Тов. UH, Ugx

Таким образом, напряжение на конденсаторе блока памяти, а следовательно, и выходное напряжение преобразователя точно равно входному напряжению и не зависит от величины емкостей диодов ключа и буферного усилитеГхЯ, их нелинейности и нестабильности, в результате чего повышается точность Формула изобретения

Широкопол ос ньй стробоскопическр й преобразователь по авт, ев, № 1250962

о т л и ч еЧ ю п и и с я тем, что, с пелью повышения точности преобразования, в него ВБвдены масштабный блок, генератэргэ постоянного тока положительной и отрицательной поляр

ностей, два вентиля, содержащих по N последовательно включенных диодов, и потенпиометр,, крайние вьшоды которого соединены соответственно с катодом первого и анодом второго вентилей, а средний вьшод - с выходом масштабного блока, соединенного входом с выходной клеммой, пр1таем анод

первого вентгшя соединен с выходом генератора постоянного тока положительной полярности и выходом генератора строб-импульсов отрицательной полярности, а катод второго вентиля

соединен с выходом генератора постоянного тока отрицательной полярности i выходом генератора строб-импульсав положительной полярностио

f/- / /i e /fy fj,

.З