Устройство для измерения времени успокоения выходного напряжения сверхбыстродействующих операционных усилителей Советский патент 1988 года по МПК G01R29/02 

Й Од

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в аппаратуре контроля и измерения параметров сверхбыстродействующих операционных усилителей. Цель изобретения - повышение точности измерения времени успокоения выходного наUi пряжения в быстродейств тощтгх опера- , циониых усилителях - достигается путем устранения влгшния на измерения статических и квазистатических погрешностей проверяемого операционного усшштеля и усилителя с малым временем восстановления. Устройство содержит генератор 1 импульсов, формирователь 2 эталонного перепада, резисторы 3 и 9 проверяемый усилитель 5, усилитель 6 с малым временем восстановления, осциллограф 7, источник 8 опорного напряжения, аналоговый сумматор 10, измерительны усилитель 11, цифроаналоговый преобразователь 12, реверсивный счетчик 13 и компаратор 14. Время успокоения определяется по математической формуле, приведенной в описании изобретения. 2 ил. SS

cfju-. 1.

Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано в аппаратуре контроля и измерения параметров сверхбыстродействующих операционных усилителей (ОУ),

Цель изобретения повьшение точности измерения времени успокоения выходного напряжения быстродействующих ОУ путем устранения влияния на измерение статических и квазистатн- ческих погрешностей проверяемого ОУ и усилителя с малым временем восстановления,

На фиг,1 приведена схема устрой- ства; на фиг.2 - диаграммы, поясняющие его работу.

Устройство состоит из генератора

1импульсов, формирователя 2 эталонного перепада, резисторов 3 и 4 про веряемого ОУ 5, усилителя 6 с малым временем восстановления, осциллографа 7, источника 8 опорного напряжения, резистора 9, аналогового cytiMaTopa 10, измерительного усилителя 11, цифроаналогового преобразователя (ЦАП) 12, реверсивного счетчика 13, компаратора 14, причем дер- вый вькод генератора 1 через последовательно соединенные, формирователь

2и резистор 3 подключен к первому отводу резистора 4 и инвертирующему

входу ОУ 5, неинвертирующий вход которого подключен к общей шине, а выход к второму отводу резистора 4 и первому входу усилителя 6 с мальм временем восстановления, выходом соединенного с первым входом осциллографа 7, второй вход которого подключен к второму выходу генератора 1,, источ ник 8 опорного напряжения через резистор 9 подключен к инвертирующему входу ОУ 5, а также к первому входу аналогового сумматора 10 выходом содиненного с вторым входом усилителя 6 с малым временем восстановления, а вторым входом - с выходом ЦАП 12 вход которого подключен к выходу счетчика 13, синхровходом соединенного с третьим выходом генератора 1, а входом управления - с выходом компаратора 14, первый вход которого подключен к общей шине, а второй - к выходу усилителя 11, входом соединенного с выходом усилителя с малым временем восстановления 6,

Устройство работает следующим образом.

В соответствии с перепадом напряжения на первом вькоде генератора 1 на выходе формирователя 2 в момент t вьфабатывается перепад напряжения от пололсительного уровня U , к нулю с

установления

t yen

при

3 который поступает на проверяемый ОУ 5, ОУ 5 включен в режим инвертирующего сумматора, в котором осуществляется сложение напряжения и с амплитудой U и заданного м отрицательного напряжения I-Uj( -

источника 8 опорного напряжения, поэтому по перепаду напряжения U.

М

от положительного уровня U к нулю на вькоде ОУ 5 образуется перепад

напряжения ня к

и.

от

положительному уровню К, () или при

отрицательного уров- U4 уст -иэ1

и - К; и;, „о - и 4 ,сг RI 1± коэффициент усиления ОУ 5 с отрицательной обратной связью определяемьй номиналами резистора

t и°, где К УК ,

3R,

и резистора 4R, а также погрешностью установки резисторами коэффициента усиления К , из-за ограниченного коэффициента усиления ОУ 5 без обратной связи, U - напряжение смещения нуля на выходе ОУ 5, связанное с напряжением смещения нуля на входе ОУ 5 через коэффициент усште- ния Размах выходного перепада , ОУ 5 и 4 К 1 и Л Отрицательное напряжение и J подается таклсе на первьш вход аналогового сумматора 10, где складывается с выходным напряхсением и , ЦАП 12 и образует отрицатель

напряжение на второй

и

5-5 которое подавход усилителя

с малым временем восстановления.Пус в исходном состоянии напряжение U имеет некоторое положительное значение, при этом напряжение смещения , так как коэффициент передачи сумматора 10 равен единице В усилителе 6 с малым временем восстановления напряжения U4 ;т и -Uj сравниваются5 их разностное напряжение усиливается в 2,5 раза и ограничивается. Для того, чтобы иметь возможность проводить измерения, выходное напряжение U- усилителя 6 с мальм временем восстаковления должно быть в пределах его динамт1еско- го диапазона U 25 мВ или+12,5мВ

относительно нуля, при этом разностное входное напряжение усилителя 6 с малым временем восстановления (11,- -и,р) 5 мВ.

В исходном состоянии разностное входное напряжение усилителя 6 с малым временем восстановления больше

5 мВ, так как U усг ся

и -U;: отличают

по величине из-за напряжения смещения нуля 5, отличая от -1 коэффициента усиления ОУ 5, погрешности начальной установки ЦАП 12, кроме того, имеет место напряжение смещения нуля усилителя 6 с малым времене восстановления, поэтому положительное выходное напряжение U последнего находится на краю динамического диапазона, что не позволяет проводить измерения.

Входное напряжение и-, усилителя 6 поступает на вход усилителя 11, где 1усиливается с коэффициентом усиления К. Положительное выходное напряжение Ug усилителя 11 поступает на один из входов компаратора 14, Другой вход которого подключен к общей шине. При положительном напряжении и на входе компаратора 14 его выходное напряжение Ug соответствует 1. Если напряжения U и Ug отрицательные, то выходное напряжение Ug соответствует О.

Для установки выходного напряжения U-, усилителя 6 с малым временем восстановления на ноль (в середину его выходного диапазона) с целью получения возможности точного измерения установления напряжения U -, через

(t.-ti)

t

промежуток времени на интервале , где выходное напряжение и 4 ОУ 5 окончательно уста4 CTj

новилось и приняло значение U на третьем выходе генератора 1 формируется пачка импульсов напряжения , которая подается на синхровход счетчика 13. При поступлении импульсов напряжения на счетчик 13 его выходной код, а соответственно и выходное напряжение U преобразователя изменяются до тех пор, пока выходное напряжение U -f усилителя 6 с малым временем восстановления не станет |, равным нулю, что соответствует уст (-Uj-) с точностью до десятых долей милливольта, при этом выходное напряжение и; усилителя 11 также равно нулю, а выходное напряжение U g компаратора 14, соответствует О. Уси10

ig

0

5

0

5

0

5

0

5

литель 6 с малым временем восстановления, усилитель 11, компаратор 14, счетчик 13, ЦАП 12, аналоговьш сумматор 10 образуют цепь уравновешивания, которая работает в режиме слежения в промежутках между измерениями времени успокоения на интервалах времени, где выходное напряжение U ОУ 5 заведомо установилось. На интервалах измерения времени успокоения цепь уравновешивания работает в режиме хранения и на выходе ЦАП 12 сохраняется постоянный уровень напряжения и. Точность поддерживания напряжения U-, около нулевого уровня определяется в основном точностью компаратора 14 и ЦАЛ 12 (величиной

кванта 4U

иГ

N-1

где

лч

и. размах

выходного напряжения ЦАП 12, N - раз- ряднос1ь ЦАП 12). С целью увеличения чувствительности компаратора 13 используется медленный прецизионный измерительньм усилитель 11 с коэффициентом усиления Kj410. Диапазон выходного напряжения U преобразователя 12 выбран 200 мВ или +100 мВ относительно нуля, так как такого изменения напряжения Ug достаточно для компенсации статических и квазиста- тических погрешностей устройства. При использовании 12-разрядного пре- образователя 12 величина кванта 4U равна 0,05 мВ.

Таким образом, благодаря использованию цепи уравновешивания, кото- ,, рая работает в режиме слежения в промежутках времени между измерениями, на интервалах, где выходное напряжение U4 ОУ 5 имеет установившееся значение, обеспечивается точное из мерение установления выходного напряжения и усипителя 6 с малым временем восстановления, а следовательно, и выходного напряжения U ОУ 5 путем поддержания установившегося значения напряжения U -, на нуле и исключения влияния статических и ква- зистатических погрешностей на результат измерения.,

По перепаду напряжения на первом выходе генератора 1 на выходе формирователя 2 в момент t4 вырабатывается перепад напряжения Ui от U , к нулю, в соответствии с которым на выходе проверяемого ОУ 5 формируется перепад напряжения U от отрица- тельного уровня к положительному

уровню и , а на выходе усилителя 6 с малым временем восстановления 6 при и 4 vcr--U5 наблюдается процесс установления напряжения U на нуль. По осциллографу 7 регистрируется интервал времени t от середины фронта напряжения U, совпадающего с фронтом перепада и, до момента установления напряжения U т на ноль с заданной погрешностью. Напряжение U подается на второй вход осцшшографа 7 с второго выхода генератора 1, Время ус-f(t,-t5)2-(te-tj)s

окоения , ОУ 5 определяется по ормуле:

tycn

где t 5 - фазовая задержка сигнала в силителе 6 с малым временем восстаовления, измеряемая по малому входному сигналуо

tg - время восстановления усилителя 6 с малым временем восстановления, определяемое по эталонному перепаду с выхода .формирователя 2 (без ОУ 5) при Uj ciO, При измерении учи- тьшается, что погрешность установения выходного напряжения ОУ 5 в 2,5 раза меньше погрешности установления выходного напряжения U усилителя 6 с малым временем восстановления, так как коэффициент усиления последнего равен 2,5, поэтому погрешности установления напряжения U 4 0,5 мВ (или 0,01% от перепада 5 В) Соответствуют погрешности установления напряжения U 1,25 мВ.

Фор м.у ла изобретения

Устройство для измерения времени успокоения выходного напряжения сверхбыстродействующих операционных усилителей, содержащее источник опорного напряжения, генератор импуль

4378046

сов, первым выходом соединенный с входом формирователя эталонного перепада, выходом подключенного к первому вьюоду первого резистора, вторым выводом соединенного с первой клеммой для подключения проверяемого операционного усилителя, вторая клемма подключена к общей шине, второй вьшод первого резистора соединен с первым вьшодом второго резистора, вторым выводом подключенного к третьей клемме для подключения операционного усилителя и первому входу усилителя с малым временем восстановления, выходом соединенного с первым входом осциллографа, второй вход которого соединен с вторым вькодом генератора импульсов, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, в него введены компаратор, аналоговьй сумматор, измерительный усилитель, реверсивньй счетчик, цифроаналоговый преобразователь, третий резистор, причем источник опорного напряжения подключен к первому входу аналогового сумматора и через третий резистор - к инвертирующему входу операционного усилителя, второй вход усилителя с малым : временем восстановления подсоединен к выходу аналогового сумматора, вторым входом подключенного к выходу цифроаналогового преобразователя, |Вход которого соединен с выходом ре- (версивного счетчика, синхровходом Подключенного к третьему выходу генератора импульсов, а входом управления режимом работы - к выходу компаратора, первый вход которого соединен с общей шиной, а второй - с выходом измерительного усилителя, вход которого подключен к выходу усилителя с малым временем восстановления.