Устройство регистрации пикового значения импульсов Советский патент 1980 года по МПК H03K5/22 

Изобретениеотносится к импульсной технике и может быть использовано в приборах для регистрации быстропротекающих процессов, в частности, з масс-спектрометрах для изучения и контроля распределения по высоте состава атмосферы Зег-лли и других планет с борта ракет или других летательных аппаратов.

Известен пиковый детектор-экстрематор, содержащий последовательно включенные операционный усилитель, диодно-емкостную запоминающую ячейку , разрядный ключ, причем выход запоминающей ячейки через истоковый повторитель соединен с инвертирующим входом операционного усилителя, который через дифференцирующую цепочку подключен ко входу спускового устройства l .

Недостатком этого устройства является его низкая помехозащищенность. При запоминании сигнала, промодулированного помехой, пиковый детекторэкстрематор формирует сигнал, временное положение которого соответствует каждому ложному экструмуму переднего фронта полезного сигнала. Следовательно, момент начала измерения амплитуды сигнала соответствует

не максимуму полезного сигнала, а первому экстремизму фоновой составляющей. Следовательно, при задданном времени измерения, определяемом быстродействием регистрирующего устройства, время между положением максимума сигнала и моментом конца измерения изменяется в зависимости от наличия фоновой составляющей, что

10 приводит к погрешности в измерениях.

Известно устройство регистрации пикового значения импульсов, содержащее фиксатор амплитуды, состоящий из последовательно соединенных

15 операционного усилителя, диодно-емкостной запоминающей ячейки, разрядного ключа, резистора 2- .

Недостатком известного устройства является низкая помехоустойчивость,

20 а, следовательно,и ограниченный динамический диапазон запоминающих сигналов, определяемый амплитудой фоновой составляющей.

Цель изобретения - повышение помехоустойчивости и расширение динамического диапазона регистрируемых сигналов.

Для достижения указанной цели в устройство регистрации пикового эна30 чения импульсов, содержащее фиксатор

xMii.iirii jtfj, состоя1чи ii из последовательно соединенных операционного усилителя, диодно-емкостной запоминающей ячейки, разрядного ключа, включенного параллельно конденсатору диодно-емкостной запоминающей ячейки, и резистора,включенного между выходом фиксатора амплитуды и инвертирующим входом операционного усилителя, введены дифференциатор, диод, ждущий мутильвибратор, резисторы, конденсатор и два дополнительных ключа, причем выход операционного усилителя через последовательно соединенные дифференциатор, диод, ждущий мультивибратор и конденсатор подключен к управляющему входу разрядного ключа, параллельно входу которого подключен первый дополнительный ключ, управляющий вход которого через резистор соединен с выходом дифференциатора и через второй дополнительный ключ - с входом ждущего мультивибратора, при этом управляющий вход второго дополнительного ключа через резистор соединен с Общей шиной.

На фиг, 1 изображена принципиальная схема устройства; на фиг. 2 диаграммы, поясняющие его работу.

Устройство содержит операционный усилитель 1, к выходу которого подключена диодно-емкостная запоминающая ячейка, состоящая из диода 2, и конденсатора 3, разрядный ключ 4, резистор 5 обратной связи, соединяющий выход запоминающего устройства с инвертирующим входом операционного усилителя 1. Между выходом операционного усилителя и управляющим входом разрядного ключа 4 последовательно включены.дифференциатор 6, диод 7, ждущий мультивибратор 8, конденсатор 9. Параллельно управляющему входу разрядного ключа 4 подключен первый дополнительный ключ 10, управляющий вход которого через резистор 11 одновременно соединен с выходом дифференциатора 6 и через второй дополнительный ключ 12 с входом ждущего мультивибратора 8.

Устройство работает следующим образом.

D момент времени t /. 1у(фиг. 2) входной сигн.ал U отсутствует. Напряжения на выходе операционного усилителя 1 и , на конденсаторе 3 U , на выходе дифференциатора Ug и на входе разрядного ключа 4 Uj равны нулю. Ждущий мультивибратор 8 находится в устойчивом состоянии и напряжение на его выходе Ug близко к уровню напряжения источника питания. Ключи 4 , 10 и 12 находятся в закрытом состоянии.

Рассмотрим работу устройства при подаче на его вход сигнала, в котором отсутствует фоновая составляюща В момент времени t t к инверти.УwiueNfv входу операционного усилителя прикладывается напряжение, равное разности входного напряжения U«х и напряжения на конденсаторе 3 U. При этом, за счет большого коэффи- циента усиления операционного усилителя 1, напряжени-е на конденсаторе 3, с большой степенью точности повторяет входное. После прохождения входным сигналом экстремального зна чения в момент времени t t,j напряжение на конденсаторе становится выше входного, диод 2 запирается, разрывая тем самым обратную связь, и усилитель, стремясь сохранить режим повторителя переходит в состояиние насыщения U , . Это изменение напряжения на выходе усилителя используется для запуска ждущего мультивибратора. Для этого напряжение предварительно дифференцируется и усиливается дифференциатором 6. Отрицательный импульс Uj с выхода дифференциатора, соответствующий экстремуму сигнала, через диод 7 переводит ждущий мультивибратор 8 в неустойчивое состояние. Времязадающая цепь мультинибоатора расчитана на длительность импульса, равную требуемому времени запоминания пика. По окончании импульса мультивибратора Ug, что соответствует времени t 1л, положительный перепад напряжения с его выхода, продифференцированный цепью, состоящей из конденсатора 9 и входного сопротивления ключа 4 U, открывает разрядный ключ 4 и тем самым обеспечивает разряд конденсатора 3. В таком состоянии устройство находится до прихода следующего импульса.

В реальных условиях, вследствие воздействия различных факторов (пульсации питающих напряжений, флуктуа-ции потока ионов на выходе анализатора масс-спектрометра и др.), импульсы на входе устройства регистрации промодулированы помехой, амплитуда которой тем больше, чем выше уровень сигнала и крутизна его фронтов. Каждому экстремальному значению напряжения помехи соответствует отрицательный перепад напряжения U на выходе усилителя 1. Первый скачок напряжения, соответствующий моменту времени t, переводит ждущий мультивибратор, в неустойчивое состояние. В момент времени t, когда напряжение Ug снова становится равным напряжению на конденсаторе ячейки памяти, диод 2 отпирается, замыкая обратную связь, и напряжение навыходе усилителя скачкообразно увеличиQ вается до напряжения, равного напряжения U. и падения напряжения на диоде 2. Этот положительный перепад напряжения, пройдя дифференциатор, открывает транзистор ключа

5 12. Мультивибратор 8 переходит в исходное устойчивое состояние. Одновременно сигнал с выхода дифференциа тора открывает транзистор ключа 10, шунтируя тем самым вход ключа 4,Таки образом, во время нарастания фронта входного импульса ключ 4 нечувствителен к импульсам, поступающим с выхода мультивибратора, который во вре мя нарастания фронтами импульса Lljj( вырабатывает импульсы с частотой, равной частоте помехи. После прохождения вершины импульса в момент времени tj каждый последующий экстремум по амплитуде меньше напряжения на конденсаторе 3 запоминающей ячейки Напряжение на выходе усилителя, находящегося в режиме насыщения, постоянно и равно и. Длительность импульса мультивибратора Тп .- t , а, соответственно, и время запоминания максимума сигнала определяется постоянной времени мультивибратора. Начало отсчета времени запоминания определяется временным положением наибольшего экстремума, т.е. временем t, и не зависит от наличия фоновой составляющей. Таким образом, предложенное решение, благодаря помехоустойчивости устройства, позволяет получать на выходе импульсы с плоской вершиной, длительность которой не зависит от амплитуды импульсов и наличия помехи. Снижение требований к уровню фоновой составляющей позволяет расширить динамический диапазон регистри руемых сигнсшов и измерять сигналы, амплитуда которых соизмерима с амплитудой пульсаций. Формула изобретения . Устройство регистрации пикового значения импульсов, содержащее фиксатор амплитуды, состоящий из последовательно соединенньлх операционного усилителя, диодно-емкостной запоминающей ячейки, разрядного ключа, включенного параллельно конденсатору диодно-емкостноП запоминающей ячейки, и резистора, включенного между выходом фиксатора амплитуды и инвертирующим входом операционного усилителя, отличающееся тем, что, с целью повышения помехоустойчивости и расширения динамического диапазона регистрируемых сигналов, в него введены дифференциатор, диoд ждущий мультивибратор, резисторы, конденсатор и два дополнительных ключа, причем выход операционного усилителя через последовательно соединенные дифференциатор, диод, ждущий мультивибратор и конденсатор подключен к управляющему входу разрядного ключа, параллельно входу которого подключен первый дополнительный ключ, управляющий вход которого через резистор соединен с выходом дифферент циатора и через второй дополнительный ключ - с входом ждущего мультивибратора, при этом управляющий вход второго дополнительного ключа через резистор соединен с общей шиной . Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Алабужев Ю. Аи др. Пиковый детектор-экстрематор.-ПТЭ, 1977, № 3, с. 154, 2.Волков Ю. А. и др. Дискретный датчик массовых чисел для цифровой регистрации масс-спектров.-ПТЭ. 1975, К 2, с, 176 (прототип).

t, t/ t2 tj

i,, i

Фаъ.1