ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ДЛИТЕЛЬНОСТИ ИМПУЛЬСОВ ТОКА В НАПРЯЖЕНИЕ Советский патент 1971 года по МПК H03M1/82 

Изобретение может применяться в устройствах автоматики и измерительных устройствах, когда требуется измерить длительность коротких импульсов тока или длительность интервалов времени в пределах от десятых долей наносекунды до сотен наносекунд.

Известны преобразователи длительности импульсов тока в напряжение, содержащие интегрирующую цепь, резистор, диод с накоплением заряда, одновибратор и усилитель постоянного тока.

Недостатки известных преобразователей состоят в том, что они, во-первых, имеют невысокую разрешающую способность (около 10 нсек); во-вторых, величина выходного напряжения зависит от частоты следования преобразуемых импульсов; в-третьих, величина выходного напряжения зависит от параметров всех элементов преобразователя, в том числе интегрирующей цепи.

Цель изобретения заключается в том, чтобы повысить стабильность и разрешающую способность преобразователя.

Поставлепная цель достигается тем, что вход преобразователя соединен с резистором, с диодом с накоплением заряда и входом одновибратора, выход которого через интегрирующую цепь подключен к усилителю постоянного тока, выход усилителя соединен с другим концом резистора и другим электродом диода с накоплением заряда.

Па фиг. 1 изображена функциональная схема преобразователя длительности импульсов тока в напряжение; на фиг. 2 показан принцип действия диода с накоплением заряда; на

фиг. 3 - пример конкретной реализации преобразователя длительности импульсов тока в напряжение.

Преобразователь состоит из одновибратора /, интегрирующей цепи 2, усилителя 3 постояпного тока, соединенных последовательно. Выход усилителя постоянного тока (УПТ) нагружен на цепочку, состоящую из последовательно соединенных резистора 4 и диода 5 с накоплением заряда (ДПЗ). Общая точка соединения резистора и ДНЗ является входом схемы и, кроме того, соединена со входом одновибратора /.

Известно, что если по диоду с накоплением заряда (ДНЗ) протекает ток в прямом направлении tnp, то на диоде выделится прямое падение напряжения величиной в десятые доли вольта. Если направление тока через диод мгновенно изменить на обратное (to6p), то благодаря заряду, накопленному в базе, диод

будет в течение некоторого времени пропускать ток в обратном направлении, при этом напря кение на диоде практически не изменится. После того как произойдет рассасывание заряда, сопротивление диода в обратном наВремя рассасывания (i на фиг. 2) тем больше, чем больше величина тока tnp и чем меньше гобр, и определяется выражением:

,Tplnfl + T), обр /

где Тр - время жизни неосновных носителей в базе ДНЗ.

Схема преобразователя (см. фиг. 1) работает следуюш,им образом.

Когда на вход приходят одинаковые импульсы тока, следующие с каким-то интервалом, то первый импульс тока создает на диоде (ДИЗ) 5 отрицательный импульс напряжения, от которого запускается одновибратор /. Отрицательный импульс с выхода одновибратора подается на вход интегрирующей цепочки 2. На выходе интегрирующей цепочки появляется напряжение, которое подается на вход усилителя (УПТ) 3. Усилитель инвертирует полярность отрицательного входного напряжения и усиливает его. Поскольку выход УПТ соединен с цепочкой, состоящей из резистора 4 и диода 5, по последнему потечет некоторый ток в прямом направлении.

Второй входной импульс тока также запустит одновибратор I, но с некоторой задержкой на рассасывание, так как во время рассасывания диод 5 практически шунтирует входной импульс тока. Второе срабатывание одновибратора вызывает дальнейшее возрастание напряжения на входе усилителя 5 и тока через диод 5. Поскольку амплитуда входных импульсов тока постоянна, то время рассасывания в базе диода 5 тем больше, чем больший ток протекал по нему в прямом направлении, т. е. чем больше напрялсение на выходе УПТ.

Когда напряжение на выходе усилителя 3 возрастет настолько, что длительность рассасывания будет равна длительности входного импульса, то очередной входной импульс будет полностью шунтирован диодом 5, вследствие чего одновибратор не запустится. За счет разряда напряжение на выходе усилителя 3 уменьшится, следовательно, уменьшится и прямой ток через диод 5. Когда этот ток уменьшится настолько, что время рассасывания будет меньше, чем длительность входного импульса, одновибратор / снова запустится под действием очередного входного импульса.

Таким образом, установится режим динамического равновесия, в процессе которого запуск одновибратора приводит к увеличению прямого тока через диод 5, но, с другой стороны, увеличение тока через диод прекращает запуск одновибратора. При этом на выходе усилителя 3 установится напряжение, величина которого зависит от длительности входных импульсов тока и не зависит от параметров одновибратора, интегрирующей цепи и усилителя 3. По ДНЗ в прямом направлении будет протекать ток гпр, который согласно приведенной формуле при данных значениях Тр и /обр зависит только от длительности входных импульсов 1 и не зависит от параметров всех остальных элементов. Вольтметр б (фиг. 1) показывает выходное напряжение, которое выделяется на резисторе 4 при протекании по нему тока /пр.

Масштаб преобразования можно менять практически в любых пределах, в зависимости от выбора величины сопротивления резистора 4. Большая чувствительность преобразователя сочетается с высокой разрешающей способностью и высокой точностью преобразования.

Частота входных импульсов тока должна быть не менее какого-то порогового значения, причем изменение частоты в широких пределах выше порогового значения не влияет на величину выходного напряжения. Величина порогового значения частоты зависит от параметров одновибратора, интегрирующей цепи и УПТ и может быть установлена в любых пределах от десятков герц до нескольких мегагерц.

На фиг. 3 показан пример конкретной реализации предлагаемого преобразователя длительности импульсов тока в напряжение с раскрытием принципиальной электрической схемы. На схеме одноименными цифрами показаны те же узлы и детали, что и на фиг. 1. В качестве диода с накоплением заряда используется диод типа IA 401, который обладает ярко выраженными свойствами накопления заряда. Одиовибратор У для повышения

чувствительности выполнен на туннельном диоде 7 и содержит времязадающую индуктивность 8 и нагрузочный резистор 9. Диод iO на входе одновибратора включен во избежание обратного влияния одновибратора на режим работы диода 5. Эмиттерный повторитель 11 на выходе одновибратора включен для увеличения мощности выходного импульса.

Интегрирующая цепь 2 состоит из конденсатора 12 и резистора 13. Усилитель 3 постоянного тока выполнен на транзисторах 14, 15, 16. Интегрирующий конденсатор 12 стоит на входе транзистора 14, включенного по схеме с общим эмиттером. Транзистор 14 выполняет не только функцию усиления, но и инвертирования. Резистор 13 создает ток, который заряжает конденсатор и стремится ввести транзистор 14 в насыщение, а одновибратор в момент срабатывания стремится разрядить конденсатор и закрыть транзистор. Конденсатор 17 в коллекторной цепи транзистора 14 усиливает интегрирующие свойства усилителя. Выходом УПТ является эмиттерный вывод транзистора 16, который через резистор 4 связан с диодом 5. Измерительный прибор 6 можно включить либо вольтметром параллельно резистору 4 (как на фиг. 3), либо в виде миллиамперметра последовательно с резистором 4. Меняя величину сопротивления переменного резистора 4, можно плавно менять напряжение

входных импульсов, т. е. менять коэффициент преобразования.

Для диода типа IA 401 параметр Тр может быть в пределах 150-300 нсек. Расчеты показывают, что приведенная формула представляет собой с большой точностью линейную зависимость между t и inp, если ty в несколько раз меньше Тр. Таким образом, если дительность преобразуемых импульсов находится в пределах О-50 нсек, то зависимость между длительностью входных импульсов и выходным напряжением (током) можно считать линейной.

Чем короче импульсы, тем ближе эта зависимость к линейной.

Предмет изобретения

Преобразователь длительности импульсов тока в напряжение, содержаший интегрирующую цепь, резистор, диод с накоплением заряда, одновибратор и усилитель постоянного тока, отличающийся тем, что, с целью повышения стабильности и разрешающей способности преобразователя, его вход соединен со входом одновибратора, подключенного через интегрирующую цепь ко входу усилителя постоянного тока, один выход которого соединен со входом одновибратора через резистор, а другой выход - через днод с накоплением заряда.

гф

V

t,

-r-- -r--rJ

Фиг 3