Корректирующий усилитель сигнала развертки электронного луча Советский патент 1991 года по МПК H04N3/16 

Фиг.1

Изобретение относится к устройствам, осуществляющим развертку электронного луча по поверхности исследуемого объекта, например, в электронной и рентгеновской растровой микроскопии.

Целью изобретения являтся повышение точности коррекции.

На фиг.1 приведена блок-схема корректирующего усилителя сигнала развертки электронного луча; на фиг.2 - процесс усиления пилообразного тока развертки; на фиг.З - принципиальная электрическая схема корректирующего усилителя сигнала развертки электронного луча

Корректирующий усилитель сигнала развертки электронного луча содержит (фиг.1) операционный усилитель 1, выходной усилитель 2, отклоняющие катушки 3, цепь 4 обратной связи, датчик 5 тока, источник 6 напряжения, два вентиля 7 и 8, накопитель 9, усилитель-ограничитель 10, сумматор 11, управляемый вентиль 12, дополнительный усилитель 13, дополнительный источник 14 напряжения.

Корректирующий усилитель сигнала развертки электронного луча работает следующим ооразом.

Ток отрицательной обратной связи поступает от датчика 5 тока (резистора)через цепь 4 обратной связи, выполненную, например, на резисторе, на вход операционного усилителя 1, где он суммируется с входным током iBx(t) (фиг.2а). Если разностное напряжение (UA) в точке А (Фиг,2в) мало, что справедливо при большом коэффициенте усиления операционного усилителя 1 и выходного усилителя 2, то ток отрицательной обратной связи пропорционален напряжению на датчике 5 тока, и, следовательно току ior(t) (фиг,26). Ток отрицательной обратной связи практически равен входному току. ПОЭТОМУ ОТКЛОНЯЮЩИЙ ТОК ioT(t)

пропорционален входному iBx(t).

Разностное напряжение (1)д), усиленное операционным усилителем складывается в сумматоре 11 с выходным напряжением усилителя-ограничителя 10, которое появляется лишь при превышении абсолютным значением разностного напряжения (UA) порога (Up) (фиг.2в).

Во время прямого хода развертки разностное напряжение значительно меньше по абсолютной величине порога (Up) (фиг.2в). Усилитель-ограничитель Ю закрыт и не вносит статических погрешностей усиления: сдвиг и дрейф отклоняющего тока (развертки). Управляемый вентиль 12 закрыт, а вентиль 7 открыт. Выходной усилитель 2 питается напряжением (Un) источника 6 напряжения, поэтому потребление энергии невелико. Во время обратного хода разностное напряжение (UA) превышает порог (Up), усилитель-ограничитель 10 открывается и усиливает разностное напряжение в обход менее быстродействующего операционного усилителя 1 (особенно при его перегрузке).

Усиленное усилителем-ограничителем 10 разностное напряжение поступает на уп0 равляющий оход управляемого вентиля 12, а также на вход выходного усилителя 2 через сумматор 11. Чем больше напряжение рассогласования (UA), тем больше напряжение на входе управляемого вентиля 12, тем

5 большая часть напряжения дополнительного источника 14 напряжения прикладывается к клемме питания В выходного усилителя 2. При этом вентиль 7 закоывается, отключая от клеммы В источник 6 напряжения. Во

п прпмя обратное хода напряжение на выходе выходного усилителя 2 (точка С) может достигать значения (Un + UnB. фиг.2г).

Таким образом, обеспечивается подача высокого напряжения на отклоняющие ка5 тушки 3 через выходной усилитель 2, что необходимо для ускорения изменения отклоняющего тока три резких изменениях входного тока.

Усилитель-ограничитель 10, срабатывая

0 только при достаточно большом значении разностного напряжения (UA), не входит при этом в насыщение в отличие от операционного усилителя 1 Поэтому обеспечивается эффективное управление переходным про5 цессом чо цепи отрицательной обратной связи во время обратного хода (резких изменениях входного тока) и в начале прямого хода развертки.

Выходное напряжение выходного уси0 лителя 2 еще усиливается неинвертирую- щим дополнительным усилителем 13 и прикладывается к клемме питания В. Поэтому при отсутствии значительной перегрузки по входу, когда IVp| и управляемый

5 вентиль 12 закрыт, обеспечивается поддержание выходного усилителя 2 в активном (ненасыщенном) состоянии. Кольцо отрицательной обратной связи не разрывается и не возникает повторной перегрузки, когда

0 недостаточное в некоторый момент напряжение питания источника 6 напряжения (вследствие пульсаций и др.) приводит к перегрузке операционного усилителя 1.

Во время прямого хода и большую часть

5 времени обратного хода вентиль 8 закрыт. Поэтому к точке В можно подключать для фильтрации накопитель 9 (конденсатор со значительной емкостью), что повышает устойчивость усиления. Это не приводит к уве- личению длительности обратного хода,

зависящей от собственной распределенной емкости отклоняющих катушек 3 и междуэлектронных емкостей активных элементов выходного усилителя 2.

Так как выходной усилитель 2 не входит в ограничение, то исключается увеличение длительности обратного хода. Уменьшению длительности обратного хода способствует также то, что усилитель-ограничитель 10 своим входом ограничивает напряжение рассогласования на уровне порога (Up). Тем самым предотвращаются чрезмерное насыщение операционного усилителя 1 и снижение его быстродействия.

Все это, помимо постоянно действующей отрицательной обратной связи, не только дополнительно уменьшает длительность обратного хода, но и увеличивает точность усиления в начале прямого хода развертки.

На фиг.2в штрихпунктирной линией по казано разностное напряжение, пропорци- онзпьное погрешности усиления при традиционном построении усилителей развертки. Усилитель-ограничитель 10 (фиг.З) состоит из двух усилителей, реагирующих на положительное (транзисторы 15 и 16) и отрицательное (транзисторы 17 и 18) разностное напряжение (Уд) в точке А Их выходные токи суммируются с выходными токами операционного усилителя 1 и с тока ми, сформированными транзисторами 19 и 20 в эмиттерных цепях транзисторов 21 и 22. Потенциалы баз транзисторов 21 и 22 фиксируются с помощью потенциометров 23 и 24.

Выходные напряжения сумматора 11 транзисторов 21 и 22, необходимые для управления двухтактным выходным усилителем 2, образуются на резисторах 25 и 26. В выходном усилительном каскаде 2 используются источники 27 и 28 напряжения смещения. Выход выходного усилительного каскада (точка С) шунтирован диодом 29, а напряжение питания на клемму В от источника 6 напряжения поступает через диод 30.

В качестве дополнительного усилителя 13 используется повторитель напряжения на транзисторе 31, на вход которого напряжение подается через цепь 32 и 33 смещения.

Управляемый вентиль 12 выполнен на транзисторах 34 и 35 и резисторе 36. Если напряжение рассогласования (отрицательное) превышает по абсолютной величине порог (фиг,2в), открываются транзисторы 17 и 18. Транзистор 35 отпирается, и его коллекторный ток, протекая через резистор 36, вызывает открывание транзистора 34.

Чем больше рассогласование, тем больше открывается транзистор 34 и большая доля высокого напряжения поступает на клемму В питания выходного усилительно- 5 го каскада.

Напряжение обратной связи образуется на резисторе 37. Это напряжение вызывает ток отрицательной обратной связи в резисторе 38. Конденсатор 39 подавляет вы10 сокочастотные колебания в цепи питания, обеспечивая устойчивость усиления

Экономия энергии, потребляемой от дополнительного источника 14 напряжения, достигается применением в усилителе раз15 вертки многоступенчатого регулятора (управляемого вентиля) I- частности, дзух ступенчатый регулятор функционируем следующим образом. Выходное (Uyo) усилителя-ограничителя сравнивается

20 в регуляторе с двумя порогами (UPi) и (Up). (Dpi) (UD2) Если(иуо) (Up}, то регутятор закрыт и дополнительный источник напряжения отключен от клеммы В (фиг 3) Если (Up-i) (Uyo) (Up2). то к клемме В через

25 ключ подключается полопина напряжения дополнительного источника напряжения, например, с отвода выпрямителя, входящего в него.

Если (Uyn); (Up2). то к клемме В через

30 другой ключ подключаемся полностью напряжение дополнительною источника напряжения

35

Формупа изобретения

Корректирующий усипитель сигнала развертки электронного луча, содержащий операционный усилитель, последовательно соединенные выходной усилитель, отклони40 ющие катушки и датчик тока, з также цепь обратной связи, два вентиля, накопитель и источник напряжения, при этом цепь обратной связи подключена одним концом к точке подключения отклоняющих катушек и дат45 чика тока а другим концом - к входу опео-з- ционного усилителя, плюсовой вывод источника напряжения через первый вентиль подключен к первому входу питания выходного усилителя, выход которого через

50 второй вентиль соединен с первым входом питания выходного усилителя, минусовой вывод источника напряжения соединен с вторым входом питания выходного усилителя, первый вывод накопителя соединен с

55 первым входом питания выходного усилителя, а второй вывод накопителя соединен с соответствующим выводом датчика тока и общей шиной корректирующего усилителя, отличающийся тем, что, с целью повышения точности коррекции введены

Чем больше рассогласование, тем больше открывается транзистор 34 и большая доля высокого напряжения поступает на клемму В питания выходного усилительно- го каскада.

Напряжение обратной связи образуется на резисторе 37. Это напряжение вызывает ток отрицательной обратной связи в резисторе 38. Конденсатор 39 подавляет вы0 сокочастотные колебания в цепи питания, обеспечивая устойчивость усиления

Экономия энергии, потребляемой от дополнительного источника 14 напряжения, достигается применением в усилителе раз5 вертки многоступенчатого регулятора (управляемого вентиля) I- частности, дзух ступенчатый регулятор функционируем следующим образом. Выходное (Uyo) усилителя-ограничителя сравнивается

0 в регуляторе с двумя порогами (UPi) и (Up). (Dpi) (UD2) Если(иуо) (Up}, то регутятор закрыт и дополнительный источник напряжения отключен от клеммы В (фиг 3) Если (Up-i) (Uyo) (Up2). то к клемме В через

5 ключ подключается полопина напряжения дополнительного источника напряжения, например, с отвода выпрямителя, входящего в него.

Если (Uyn); (Up2). то к клемме В через

0 другой ключ подключаемся полностью напряжение дополнительною источника напряжения

35

Формупа изобретения

усилитель-ограничитель, управляемый вентиль, дополнительный усилитель, дополнительный источник напряжения и сумматор, при этом вход операционного усилителя через усилитель-ограничитель соединен с первым входом сумматора и входом управления управляемого вентиля, плюсовой вывод дополнительного источника напряжения соединен через управляемый

вентиль с первым входом питания выходного усилителя, минусовой вывод дополнительного источника напряжения соединен с входом первого вентиля, выход выходного усилителя через дополнительный усилитель соединен с первым входом питания выходного усилителя, информационный вход которого через сумматор подключен к выходу операционного усилителя.

Изобретение относится к устройствам, осуществляющим развертку электронного луча по поверхности исследуемого объекта, например, в электронной и рентгеновской растровой микроскопии. Цель изобретения - повышение точности коррекции. Корректирующий усилитель сигнала развертки электронного луча содержит операционный усилитель 1, выходной усилитель 2, отклоняющие катушки 3, цепь обратной связи 4, датчик тока 5, источник напряжения 6, вентили 7 и 8, накопитель 9. Цель достигается введением усилителя-ограничителя 10, сумматора 11, управляемого вентиля 12, дополнительного усилителя 13, дополнительного источника напряжения 14. 3 ил.

а о

6

6

г °п о

Фие.2

CSJ