Устройство измерения времени установления выходного напряжения операционных усилителей Советский патент 1988 года по МПК G01R31/28 G01R29/02 

tfoA

00 О9

Изобретение относится к измерительной и электронной технике и может быть использовано в аппаратуре контроля и измерений параметров быстро- действующих операционных усилителей (ОУ).

Цель изобретения - повышение точности измерения времени установления выходного напряжения быстродействую- щих операционных усилителей за счет синхронной по времени компенсации но стоянной составляющей выходного сигнала операционного усилителя и, как следствие, увеличение чувствителькос ти измерительного осциллографа,

На фиг,I изображена структурная схема устройства; на фиг.2 - зремен- ньге диаграммы.

Устройство состоит из генератора 3 импульсов, формирователя 2 перепзда. напряжения, схемы 3 регулируемой задержки, исследуемого операционного усилителя (ОУ) А, резистивного делителя 5 из резисторов 6 и 7, ограни- 4,4BareiiUix диодов Яоттки 8 и 9, измерительного усилителя 10, осциллографа II, компаратора 12, цифроаналого- вого преобразователя 3s первого реверсивного счетчика 14,второго ревер с 5вного счеч чика 15 и мультиплексора 6„ Второй выход генератора j соединен с входом формирователя 2 , выходом под1(Л очен1 ого к входу ОУ 4 а.1ход ОУ 4 соединен с первым отводом резистивного делителя 5, второй отвод которого подключен к выходу циф- роаяалогового преобразователя 13,, а средний вывод - к входу усилителя 10 который через диоды Шоттки 8 и 9 под ключей к общей шине Выход усилителя 10 соединен с первым входом компаратора 12 и первым входом осц шлогра- фа II, вторьш входом подключенного к второму выходу генератора 1. Второй вход кo яlapaтopa 12 подключен к обще ffiiffle, а выход - к входам управления режимом работы реверсивных счетчиков 15 и 14, выходы которых подключены соответственно к иервог-гу и второму информационным входам мультнипексо- ра 16, вход управления которого соединен с выходом схемы 3 регулируемой згадержки, а выход - с входом цифро- аналогового преобразователя 13. Пер- вый и -третий выходы генератора 1 и шyльcoв подключены к соответствующим синхровходам реверсивных счетчиков 14 и 15, а четвертьш выход - к входу схемы 3 регулируемой задержки.

При включении исследуемого ОУ 4 в режиме неинвертирующего повторителя на перепаде входного напряжения ОУ 4 от отрицательного уровня к положительному устройство работает следующим образом

В исходном состоянии (фиг.2) на втором выходе генератора i и выходе схемы 3 задержки напряжения U и имеют уровень лог. 1 (ТТЛ-уровень) Этому соответствуют положительные на пряжения и на вькоде формирователя 2 ии, + Uj - на выходе ОУ 4, где и - смещение нуля на выходе ОУ 4: Uj К,и.2 (К;, - коэффициент передачи ОУ 4). В мультиплексоре б при единичном логическом уровне U на входе управления включен второй вход (канал Б) и в соответствии с выходным кодом счетчика 4 на выходе преобразователя 13 установлен уровень отрицательного напряжения U, по модулю незначительно отличакндийся от ,, Результирующее напряжение Ug на среднем выводе делителя 5 определяется вырайсекием

Ug - Kju -f из) - к,и,

„ Ri г 1 -

К

R

RI + Кг

К,, RI - сопротивления резисторов 6 и 7,

В выражении для Ug предполагается, что входное сопротивление усилителя и сопротивлегше закрытых диодов 6 и 7 при /Ua/«U намного больше , Ua. - напряжение отпирания диодов 8 и 9о

.Выходное напряжение усилителя 10 имеет значение

и, K CUgH- и),

где К4, Ug - коэффициент передачи и напряжение смещения усилителя 10.

На интервале времени t. когда положительное выходное напряжение ОУ 4 заведомо установилось (имеет неизменяющееся значение), на первом вЫ ходе генератора 1 формируется пачка импуххьсов в ТТЛ-уровнях напряжения Ugf в соответствии с которой выходной код счетчика 14, а следовательно, и выходное напряжение преобразователя 13 изменяются в ту или иную сторону до тех пор, пока выходное напряжение компаратора 12, управляющее режимом работы счетчика 14 не примет значение лог.О, при этом выходное напряжение U, усилителя 10, которое подается на первьп вход ос- циплографа 11, близко к нулевому уровню. Для установления напряжения и около нуля может быть использовано несколько периодов измерения, а точнее несколько пачек импульсов напряжения и. Усршитель 10, компаратор 12, счетчик 14, мультиплексор 16 преобразователь 13 и резистор 7 образуют первую цепь следящего уравновешивания, которая работает в соотвыходное напряжение U преобразователя 13 изменяются в сторону увеличения или уменьшения до тех пор, пока выхбдное напряжение ко таратора 12, управляющее режимом работы счетчика 15, не примет значение лог. О, при этом выходное напряжение U, усилителя 10,которое подается на первый

вход осциллографа 11, близко к нулевому уровню. Дня установления напря- жения и около нуля (при отрицательном выходном напряжении ОУ 4) может быть использовано несколько пачек импульсов напряжения U. Усилитель 10, компаратор 12, преобразователь 13, резистор 7, мультиплексор 16 (канал А), счетчик 15 образуют вторую цепь следящего уравновешивания, кото

Изобретение Ьлужит для повьше- ния точности измерения времени установления выходного напряжения быстродействующих операилонных усилителей. Устройство содержит генератор 1 им пульсов, резистивный делитель 5, ограничивающие диоды Шоттки 8 и 9, измерительный усилитель 10, осциллограф 11, компаратор 12, цифроаналого- вый преобразователь 13 и реверсивный счетчик 14. Введение формирователя 2 эталонного перепада напряжения, схемы 3 регулируемой задержки, реверсивного счетчика 15 и мультиплексора 16 обеспечивает синхронную по времени компенсацию постоянной составляющей выходного сигнала операционного уси лителя 4 и, как следствие, увеличение чувствительности измерительного осциллографа. 2 ил.g

ветствии с импульсами на первом выхо- 20 рая работает в соответствии с импуль- де генератора 1. Точность поддержа- сами на третьем выходе генератора 1.

кия напряжения U около нулевого уровня определяется точностью компаратора 12 и цифроаналогового преобраВ момент ty. на втором выходе ген ратора 1 вырабатывается перепад напряжения и, от О к 1, в ответ

зователя 13 (разрядностью преобразова- 5 а который на выходах формирователя

теля или точнее значением кванта Ди, который определяется А -

2 где U;, - полньп размах выходного

напряжения преобразовате- ля,

N - разрядность. При нулевых логических уровнях (ТТЛ) напряжений V и на втором выходе генератора 1 и выходе схемы 3 задержки на выходах формирователя 2 и ОУ 4 отрицательные напряжения U и и, « Uj , а в мультиплексоре 16 к выходу подключен первый вход (канал А) и ы соответствии с выходным кодом счетчика 15 на выходе преобразователя 13 установлен уровень положительного напряжения Ш, незначительно . Реличающийся от модуля / Uj + зультирующее напряжение Ug на среднем выводе делителя определяется как и раиьше выражением

и,

8

и.

к(и,

+ .и,) - K,Uy,

+ и).

9 д На интервале времени t,-t, когда отрицательное выходное напряжение ОУ 4 заведомо установилось, на третьем выходе генератора 1 формируется пачка импульсов в ТТЛ-уровнях напряжения и,, в соответствии с которой выходной КОД счетчика 15, а следовательно, и

В момент ty. на втором выходе генератора 1 вырабатывается перепад напряжения и, от О к 1, в ответ

а который на выходах формирователя

2 и проверяемого ОУ 4 формируются перепады напряжений U и U от .отрицательных уровней к положительным, при этом выполняются условия:

б-.

2

л

времена и относительные погрешности установления напряжений, допустимые от1спонения напряженш от установившихся уровней на выходе формирователя 2 и ОУ 4 (значения установившихся напряженш и отсчитываются от исходных отрицательных уровней, т.е. погрешности G, , Q определены относительно размахов вькодных напряжений формирователя 2 и ОУ 4).

С некоторым опережением по отношению к моменту tj на четвертом выходе генератора 1 вырабатывается

перепад напряжений от О к 1, в ответ на который на выходе схемы 3 задержки вырабатывается перепад напряжения и от О к 1. По этому перепаду, поступающему на управляюий вход мультиплексора 16, происхоит быстрая смена его выходного кода, так как выход мультиплексора 16 переключается с выхода счетчика 14 (втоой вход мультиплексора 16) на выход

счетчика 15 (первьй вход мультиплексора 16, В соответствии с изменением кода на входе преобразователя 13 формируется перепад напряжения U. от положительного уровня к отрицательному, противоположный к перепаду и5 выходного напряжения ОУ 4. .Для перепада напряжения U на выходе преобразователя характерно следующее:

Ь. )- , , jrr- ,«; . /-Г .- о - -- ст -J - jfrUj tJ

где t3ucT 3 3 время и относительная погрешность установления напряжения, допустимое отклонение на- прялсения и, от установившегося значения выходного напряжения Ucj преобразователя 13.

Как результат сложения перепадов напряжений U и U на среднем выводе резистивного делителя 5 вырабатывается разностное напряжение и„. Схема 3 задержки регулируется до совпадения средних точек фронтов (уровень 0,5 от размаха перепада) перепадов напряжений и, и и, (момент tf) f при этом напряжение U имеет форму двух коротких выбросов противоположной полярности. После отрицательного выброса наблюдается процесс установления -напряжения Ug относительно установившегося уровня. Переходному процессу напряжения Ug соответствует переходный процесс относительно нуля напряжения И на выходе усилителя 10, которое подается на первый вход осциллографа 1I, по . которому фиксируется установление напряжения U с заданной погрешностью.На практике схема 3 задержки регулируется до момента, когда выбросы напряжения U на выходе усилителя будут иметь равную амплитуду.

Размах напряжения U на выходе усилителя 10 100-150 мВ/дел и его время установления с заданной погрешностью установления может быть измерено предварительно непосредственно с помощью осцршлографа 11.

Начальньш момент отсчета времени установления ОУ 4 определяется по второму входу осциллографа 11, под- к люченному к второму выходу генератора 1. По первому входу осциллографа 11 установлен коэффициент отклонения 10-20 мВ/дел и он работает без перегрузки. Начальный момент отсчета

времени установления ОУ 4 - момент t. перепада напряжения U, на втором выходе генератора 1 от О к 1. По

осциллографу I 1 определяется интервал времени от момента отсчета до установления напряжения U, относительно нуля с заданной погрешностью ,из i которого с учетом задержек в формирователе 2, делителе 5, усилителе 10 находится время установления t ОУ 4, При определении момента установления напряжения U необходимо учитывать соотношение погрешности

установления напряжения U и заданной погрешности установления выходного напряжения U ОУ 4, связан-: ных формулой

.

Фор Мула изобретения

Устройство измерения времени установления выходного напряжения операционных усилителей,.содержащее генератор импульсов, резистивный делитель, ограничивающие первьй и второй диоды Шоттки, измерительный усилитель, осциллограф, компаратор, первый реверсивный счетчик, цифроанало- говый преобразователь, выход которого соединен с первым выводом резистивного делителя, второй вывод которого соединен с первой клеммой для, подключения исследуемого объекта, . средний вывод резистивного делителя соединен с катодом первого, анодом второго ограничиванлцего диода Шоттки

и входом измерительного усилителя, вторые выводы ограничивающих диодов Шоттки соединены.с общей шиной устройства, вькод измерительного усипи- теля соединен с входом осциллографа

и первым входом компаратора, второй вход которого соединен с общей шиной устройства, а выход - с входом управления режимом работы .первого реверсивного счетчика, сйнхровход которо-

го соединен с первым выходом генератора импульсов, отличающее- с я тем, 4TOj с целью повьшения точности, в него введены формирователь зталонного перепада напряжения, схема регулируемой задержки, второй реверсивный счетчик, мультиплексор, причем второй выход генератора импульсов соединен с вторым входом осциллографа и входом формирователя

эталонного перепада напряжения, выход которого соединен с второй клеммой для подключения исследуемого объекта, третий выход генератора импульсов , соединен с синхровходом второго реверсивного счетчика, вход управления режимом которого соединен с вьгходом компаратора, а информационный выход второго реверсивного счетчика соединен с первым информационным входом

и

ш

о

и.

о

и,.

3398

ryл JTИплeкcopз, второй информационный вход которого соединен с информационным выходом первого раверсивного счетчика, вход управления мультиплексора соединен с выходом схемы регулируемой задержки а выход соединен с входом цифроаналогового преоб{ азо- вателя, вход схемы регулируемой задержки соединен с четвертым выходом генератора импульсов.

и

г уст

V

-3

УСТ

t.

-rSi

t

t2

V, Л.

ТПТГр .,

4i4UM | ll||

-3№

«B.

фиг. 2