Широкополосный стробоскопический преобразователь

 

Изобретение может быть использовано для преобразования мгновенных значений напряжений широкополосных и импульсных сигналов в диапазоне 0-10 ГГц, в частности в стробоскопических осциллографах, стробоскопических вольтметрах, аналогоцифровых преобразователях. Целью изобретения является повьшение точности преобразования. Для достижения этой цели в устройство дополнительно введены два дифференциальных операционных усилителя 9 и 13, два резистора 10 и 14 обратной связи, два масштабных резистора 11 и 15 и делитель 8 напряжения. На чертеже также показана шина 1 входного сигнала , четырехдиодный мостовой ключ 2, блок 3 памяти, развязывающий резистор 4, буферный усилитель 5, пгины 6 выходного сигнала, генератор iS (Л

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)4 С 01 R 13/34

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3798566/24-21 (22) 10.10.84 (46) 15.08.86. Бюл. 11 - 30 (72) М.Л.Гуревич, Б,В,Гришин и А.В.Черемохин (53) 681,142.9(088,8) (56) Рябинин 10.А. Стробоскопическое осциллографирование. Советское радио, 1972, с. 48.

Проектирование и применение операционных усилителей. / Под ред, Д.Грэма. Мир, 1974, с. 50, 72 и 107.

Старосельский В.И Интегральные схемы входных устройств стробоскопических преобразователей на основе арсенида галлия. — Известия вузов, Радиоэлектроника, т. XXIV, 1981, ll- 8, с. 10. (54) ШИРОКОПОЛОСНЬЙ СТРОБОСКОПИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

„„Я0„1250 2 А 1 (57) Изобретение может быть использовано для преобразования мгновенных значений напряжений широкополосных и импульсных сигналов в диапазоне Π† ГГц, в частности в стробоскопических осциллографах, стробоскопических вольтметрах, аналогоцифровых преобразователях. Целью изобретения является повышение точности преобразования, Для достижения этой цели в устройство дополнительно введены два дифференциальных операционных усилителя 9 и 13, два резистора 10 и 14 обратной связи, два масштабных резистора 11 и 15 и делитель 8 напряжения. На чертеже также показана шина 1 входного сигнала, четырехдиодный мостовой ключ

2, блок 3 памяти, развязывающий резистор 4, буферный усилитель 5, шины 6 выходного сигнала, генератор

1250962

7 строб-импульсов, источники 12 и

16 питающего напряжения, входы 17 и

18 усилителя 5, инвертируюшие входы

19 и 20 и неинвертирующие входы 21

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для преобразования мгновенных значений напряжений широкополосных и импульсных сигналов в диапазоне 0-10 ГГц, в частности в стробоскопических осциллографах, стробоскопических вольтметрах, ана,лого-цифровых преобразователях, Целью изобретения является павы- !0 шение точности преобразования, На фиг. 1 представлена структурная электрическая схема устройства; на фиг. 2 — структурная электрическая схема устройства, включающая t5 принципиальную схему варианта буферного усилителя, в котором иснольэо" ван входной каскад на полевых транзисторах.

Устройство (фиг. 1) состоит из ши- 2О ны 1 входного сигнала, четырехдиодного мостового ключа 2, блока 3 памяти, развязывающего резистора 4, буферного усилителя 5, шины 6 выходного сигнала, генератора 7 строб-импульсов, делителя 8 напряжения, первого дифференциального операционного усилителя 9 первого резистора !О об> ратной связи> первого масштабного резистора 11> первого источника 12 ЗО питающего напряжения второго диффе) ренциального операционного усилителя

13 второго резистора 14 обратной связи, второго масштабного резистора 15 и второго источника 16 питающего напряжения . На фиг. 1 также обозначены: первый питающий вход 17 буферного усилителя, второй питающий вход

18 буферного усилителя, инвертирующие входы 19 20 операционных усили- 40

) телей неинвертирующие входы 21> 22 операционных усилителей, выходы 23 и

24 операционных усилителей, выход

25 буферного усилителя и выходной зажим 26 делителя напряжения. 45 и 22 и выходы 23 и 24 операционных усилителей, выход 25 усилителя 5 и выходной зажим 26 делителя напряжения. 2 ил.

На фиг, 2 обозначены общая точка

27 резисторов 28 и 29, вход 30 буферного усилителя, резисторы 28 и 29 обратной связи буферного усилителя, первый и второй транзисторы 31, 32 входного каскада буферного усилителя, выходной каскад 33 буферного усилителя, сток 34 и исток 35 первого транзистора входного каскада, паразитная емкость 36 сток-затвор и параэитная емкость 37 исток-затвор первого транзистора входного каскада, резистор 38 стоковой нагрузки первого транзистора входного каскада буферного усилителя.

Блок 3 памяти выполнен на конденсаторе. В качестве дифференциальных операционных усилителей 9 и 13 используются микросхемы 544УД2Б, В качестве делителя 8 напряжения используется реэистивный делитель на двух резисторах, обладающих высокой стабильностью и точностью (типа С2-29). В качестве резисторов 10, ll, 14 и 15 также использованы резисторы типа С2-29.

Согласно фиг, 1 первый вход четырехдиодного мостового ключа 2 соединен с шиной 1 входного сигнала, второй вход — с выходом генератора 7 стробимпульсов, а выход — с входом блока 3 памяти, выход которого соединен через раэвязывающий резистор 4 с входом буферного усилителя 5, выходом соединенного с шиной 6 выходного сигнала.

Вход делителя 8 напряжения соединен с выходом 25 буферного усилителя

5р а зажим 26 — с неинвертирующими входами 21, 22 первого и второго дифференциальных операционных усилителей 9 и 13, инвертирующий вход 19 первого дифференциального операционного усилителя 9 соединен через первый масштабный резистор 11 с потенциальным зажимом первого источника

12 питающего напряжения и через первый резистор 10 обратной связи — с выходом 23 первого дифференциального операционного усилителя 9 и первым питающим входом 17 буферного усилителя 5, инвертирующий вход 20 второго дифференциального операционного усилителя 13 соединен через второй масштабный резистор 15 с потенциальным зажимом второго источника 16 питающего напряжения и через эторой резистор 14 обратной связи— с выходом 24 второго дифференциального операционного усилителя !3 и вторым питающим входом 18 буферного усилителя 5.

Устройство работает следующим образом.

В исходном режиме до прихода очередного строб †импуль (t < О) накопительный конденсатор блока 3 памяти разряжен до нуля, напряжение на входе 30 буферного усилителя 5 также равно нулю, Поэтому напряжения на выходе 25, шине 6, зажиме 26, входах 22 и 21 также равны нулю:

U30(0) Б (0) О.

Выходные напряжения операционных усилителей 9 и 13 и равные им соответственно напряжения на питающих входах 17 и 18 буферного усилителя

5 равны

U =U (1+ --- )+Е --- =U

R o R лв

ЙЗ 22 л7 лл лл

15 11 11 (1+ )Я )+E

24 л5

Клл

=U лв л5

При этом где К, Кв — коэффициенты передачи усилителя 5 и делителя 8.

Напряжения на выходах операционных усилителей 9 и 13 равны

25 U =U .K K (1+ — — )+Š(†)=U

R Клв

23 ла В л7 лл лл

U =U К ° К (1+ --- )+Š— — =U

R44 R 44

24 3в 5 а р <6 R ль лв л5.30

Изменения питающих напряжений Ц,. и U обусловленные наличием сигнала Б, равны зв

250962 4 левого транзистора буферного усилителя 5 на столько же изменяются напряжения на стоке 34 и истоке 35 этого транзистора ° В итоге напряжения на емкостях 36 и 37 остаются неизменными и величины потерянных накопительным конденсатором на них зарядов равны нулю, Дпя операционных усилителей 9 и 13 справедливы со10 отношения, определяющие связь входных и выходных напряжений:

U (О) =U (0) =Е л7 gg л2 лл

U (О)=U (0)=Е

4а 24 "в R

45 где Е, Е„ — напряжения источников

12 и 16.

В момент действия строб-импульса ключ 2 открывается и накопительный конденсатор блока 3 памяти быстро заряжается до величины напряжения сигнала, присутствующего на шине l.

Резистор 4 препятствует прохождению зарядного тока во входную цепь буферного усилителя 5. После окончания строб-импульсов заряд Q, накопленный на накопительном конденсаторе, через резистор 4 подводится на вход

30 буферного усилителя 5.

Емкостные входные токи через паразитные емкости 36, 37 (фиг, 2) компенсируются встречными токами равной величины. Это осуществляется за счет того, что при изменении напряжения на затворе входного поэ 14

R„4

ЬН =U -П (0)-U К К (1+ — — ) ла в <а зо s а у„при выполнении условий

К К (1+ — — )=1

Кло

5 а R лл

K . K (1+ --- ) =1 ° (2)

5 а

Питающие напряжения У„ и 11 изменяется на величину Б, т.е. на ту же

45 величину, на .которую изменилось напряжение на входе буферного усилителя ьU42 ьПл =U30 °

При этом межэлектродные напряжения и токи стока транзисторов буферного усилителя не изменятся

Так как токи, через транзисторы буферного усилителя 5, не изменяют; ся, то не изменяются и напряжения затвор-сток и затвор-исток

gU П3М О °

1250962

В НИИПИ Заказ 4404/40 Тираж 728 Подписное

Производств.-полиграф. пред-е, r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Это означает, что заряды ьЯ„ и дЦ теряемые конденсатором, равны нулю

Следовательно, напряжение на накопительном конденсаторе не изменяется по сравнению с уровнем, запомненным на нем при стробировании, и не зависит от нестабильности емкостей транзисторов и их нелинейности, что увеличивает точность преобразовани я э

Если в качестве буферного усилителя использовать истоковый повторитель, то степень увеличения точности меньше, так как коэффициент передачи такого каскада зависит от крутизны характеристики полевого транзистора и отличается от единицы. Использование истокового повторителя ограничено также температурной нестабильностью исходного выходного напряжения полевого транзистора и отсутствием усилия по напряжению. формула и з обретения

Широкополосный стробоскопический преобразователь, содержащий четырехдиодный мостовой ключ, первый вход которого соединен с шиной входного сигнала, второй вход — с выходом генератора строб-импульсов, а выход — с входом блока памяти, выход которого соединен через развязывающий резистор с входом буферного усилителя, выходом соединенного с шиной выходного сигнала, и два источника питающих напряжений, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повьш ения точности преобразования, он снабжен двумя дифференци1О альными операционными усилителями, двумя резисторами обратной связи, двумя масштабными резисторами и делителем напряжения, вход которого соединен с выходом буферного уси15 лителя, а выход — с неинвертирующими входами первого и второго дифференциальных операционных усилителей, инвертирующий вход первого дифференциального операционного уси20 лителя соединен через первый масштабный резистор с потенциальным зажимом первого источника питающего напряжения и через первый резистор обратной связи — с выходом первого дифференциального операционного усилителя и первым питающим входом буферного усилителя, инвертирующий вход второго дифференциального операционного усилителя соединен через

30 второй .масштабный резистор с потенциальным зажимом второго источника питающего напряжения и через второй резистор обратной связи — с выходом второго дифференциального операционного усилителя и вторым питающим входом буферного усилителя,