ИНТЕГРАТОР ТОКА Советский патент 1973 года по МПК G06G7/184 

1

Изобретение относится к области аналоговой вычислительной техники.

Интегратор тока может быть использован в различных аналоговых схемах, в частности, в качестве устройства, выдающего импульс напряжения, пропорционального заряду, попадающему (за некоторое время Т) на анод фотоумножителя, работающего в режиме счета фотонов. Это необходимо при линейном методе определения статистики фотоэлектронов.

Известные схемы интеграторов тока, построенных на принципе накопления заряда емкостью, имеют тот недостаток, что выходным в них является напряжение на интегрирующей емкости, форма которого в интервале Т интегрирования оперделяется времеш-гым поведением интегрируемого тока в том же интервале. Полезным же сигналом является мгновенное значение этого напряжения в конце интервала Т.

Рассмотрим интегрирование однополярвых токов. В этом случае (идеальной емкости) мгновенное напряжение в конце Т есть пиковое за этот интервал.

Поскольку аппаратура, следующая за интегрирующим устройством, предъявляет определенные требования к спектру поступающих на его вход сигналов, непосредственно подавать напряжение с интегрирующей емкости на вход этой аппаратуры нельзя, но необходимо выра2

ботать еще соответствующий сигнал. Этот являет собой самостоятельную радиотехническую задачу. Цель изобретения - создание интегрирующего устройства, выходное напряжение которого не зависит от временного поведения исследуемого тока, но зависит только от мгновенного значения напряжения на интегрирующей емкости в конце выбранного интервала

интегрирования.

Предложенное устройство отличается тем, что в нем времязадающие цепочки, выполненные в виде последовательно соединенных первого диода, обмотки трансформатора и вто-.

рого диода, соединены параллельно. Отрицательные электроды вторых диодов времязадающих цепочек подключены в коллекторную цепь транзистора, эмиттер которого через последовательно соединенные резисторы соединены с положительными электродами первых диодов времязадающих цепочек, а положительные электроды вторых диодов - с интегрирующими конденсаторами.

Принципиальная схема интегратора тока

приведена на чертеже. Это балансная схема, при использовании которой отмечается лучшая стабильность работы при изменении питающих напряжений и температуры. Она может быть разделена на интегрирующие конденсаторы С и Сд, выходной трансформатор Tpi и времязадающую цепь - остальная схема. Рассмотрим работу схемы в предположении идентичности элементов плеч А и Б к идеальности трансформатора Tpi. При поступлении отрицательного импульса Т управления потенциал фд точки д падает, а потенциал ф из-за инвертирования импульса транзистором Т - растет, так что все четыре диода Да, -Да, И Дб, -Дб, отсекаются. Обмотки La и Ьб «повисают, исключая прохождение сигнала на выход и допуская накопление заряда на конденсаторы Са и Со . Следует отметить, что обмотки La и Lg не мешают отсечению диодов Да и Дб за время переднего фронта импульса Т. Просто на обмотках не возникает напряжения. Из симметричности схемы (в отсутствие тока ва входе) следует, что напряжение между верхним и нижним концом каждой из обмоток LO и Lg должно быть одного знака в любой момент переднего фронта, а выбор подключения концов этих обмоток допускает только обратный знак этих напряжений. Поэтому возможно только нулевое напряжение на обмотках. Реальный трансформатор и рабочие токи меняют ситуацию несущественно. Из соображений симметрии же следует, что при отсутствии тока на входах вХа и вхв (а также при одинаковых токах) напряжение на концах обмотки Le должно равняться нулю при любых манипуляциях с напряжением г - а . Поэтому рассмотрим случай наличия тока на одном из входов: пусть на вХа есть ток igx(t) (импульсный или непрерывный), заряжающий конденсатор Со, т. е. понижающий потенциал точки а. За время Т возникает некоторая разность потенциалов ф I ig(()dt, которая определяется только зарядом, поступивщим на Сд за это время и не зависит практически от утечек при Т (обр - обратное сопротивление диода), так как утечки обеих емкостей близки. При наступлении заднего фронта импульса Т сначала отпирается Да., , по обмотке La начинает течь ток, и в обмотке Le индуцируется э. д. с., повторяющая во времени соответствующий участок заднего фронта импульса Г. Э. д. с., способствующая отпиранию Дб,, наводится и в обмотке LS . Далее, через время, в течение которого ф г г изменяется на отпирается Дб, начинается разряд конденсаторов Со и Сб и спад э. д. с. в обмотке L. Таким образом. амплитуда выходного импульса оказывается пропорциональной р - 9б Разряд Со до отпирания Да., можно не учитывать (трансформатор не нагружен). Также можно не учитывать флуктуации чистого времени интегрирования из-за флуктуации момента включения диода Дб Затем почти одновременно включаются Да и Дб,, жестко фиксируя потенциалы точек а и б. После этого можно подавать новый импульс Т. Задержка включения диодов Да, и Дб, достигается вследствие насыщения транзистора TI. Степень насыщения и, следовательно, время задержки регулируется потенциометром RsРассмотрим теперь возможность прохождения подлежащего интегрированию сигнала на выход в отсутствие импульса Т. Импульс напряжения на Са, обязанный амплитуде тока iex, не больще ilx(Ri) + i), где , - дифференциальное сопротивление диода в рабочей точке (изменением Rd во время импульса входного тока пренебрегаем. Частью импульс на Са передается на Сб через Да, и Дб,, Далее благодаря выбранному включению обмоток La и 1б значительная часть этого импульса передается в точку д. Эти обстоятельства ведут к тому, что в подавляющем большинстве практических случаев прохождение входного сигнала на выход выпадает из рассмотрения и для моментов времени вне интервалов интегрирования. При подаче сигнала на оба входа схемы, очевидно, будет выдавать сигнал, пропорциональный разности соответствующих интегралов. Предмет изобретения Интегратор тока, содержащий интегрирующие конденсаторы, резисторы, времязадающие цепочки и транзистор, отличающийся тем, что, с целью упрощения устройства в нем времязадающие цепочки, выполненные в виде последовательно соединенных первого диода, обмотки трансформатора и второго диода, соединены параллельно, причем отрицательные электроды вторых диодов времязадающих цепочек подключены в коллекторную цепь транзистора, эмиттер которого через последовательно соединенные резисторы соединен с положительными электродами первых диодов времязадающих цепочек, а положительные электроды вторых диодов времязадающих цепочек подключены к интегрирующим конденсаторам.

ВХа Ла, V