Устройство измерения времени установления выходного напряжения быстродействующих операционных усилителей

 

Изобретение относится к электронной технике. Цель изобретения - повышение точности измерения. Устройство содержит генератор 1 импульсов, операционный усилитель 2, измерительный усилитель 10, осциллограф 6, компаратор 11-напряжений, реверсивный счетчик 12 и цифроаналоговый преобразователь 13. Введение измерительного усилителя 5, пассивного фильтра 9 нижних частот, формирователя 16 эта лонного перепада напряжения, элемента 15 регулируемой-задержки, резистора 1 4 и образование новых функциональных связей позволяет достичь поставленную цель. 2 ил. (Л 00 00 со- 00 со Фиг.1

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

А1 (19) (И) (51) 4 G 01 К 29/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ г (21) 4002879/24-21 (22) 02 ° 01.86 (46) 23.06.87. Бюл.У 23 (72) А.М.Ромашов (53) 621.317.75(088.8) (56) Достал И. Операционные усилите.ли.N.: Мир, 1983, с.318.

Авторское свидетельство СССР

Р 1126898, кл. G 01 R 29/02, 1981. (54) УСТРОЙСТВО ИЗМЕРЕНИЯ ВРЕМЕНИ

УСТАНОВЛЕНИЯ ВЫХОДНОГО НАПРЯЖЕНИЯ

БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩИХ ОПЕРАЦИОННЫХ УСИЛИТЕЛЕЙ (57) Изобретение относится к электронной технике, Цель изобретения— повьппение точности измерения. Устройство содержит генератор 1 импульсов, операционный усилитель 2, измерительный усилитель 10 осциллограф 6, компаратор 11.напряжений, реверсивный счетчик 12 и цифроаналоговый преобразователь 13. Введение измерительного .усилителя 5, пассивного фильтра 9 нижних частот, формирователя 16 эталонного перепада напряжения, элемене та 15 регулируемой задержки, резистора 14 и образование новых функциональных связей позволяет достичь поставленную цель. 2 ил.

1/R3

I/R,+1/R +)/R)+I/R

R< — сопротивление резистора 3;

R — сопротивление резистора 4;

R — сопротивление резистора 14

R — сопротивление нагрузки (в данном устройстве это входное сопротивление усилителя 10, когда /U /ас U — напряжение отпирания диодов 7 и 8).

Полагая R4 » К9 » R, = к2, а /U2/=

=/V,"/, V, = О, находим, что

К < = К 0,5 и U = 0,5 U2. Выходное напряжение усилителя 10 U

4 (0,5 U> эффициент йередачи и напряжение смещения нуля усилителя )0 (диаграмма г, фиг.2).

1 13189

Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано в аппаратуре. контроля и измерений параметров быстродействующих операционных усилителей (ОУ). 5

Целью изобретения является повышение точности измерения времени установления выходного напряжения быстродействующих ОУ.

На фиг.1 изображена электрическая )ц структурная схема предлагаемого устройства; на фиг.2 — временные диаграммы, поясняющие работу устройства.

Устройство, содержит генератор 1 импульсов, первый выход. которого соединен с входом исследуемого ОУ2, выходом подключенного к первому выводу резистивного делителя на резисторах 3 и 4 и входу второго измерительного усилителя 5, выходом подключенного к первому входу осциллографа 6, ограничивающие диоды 7 и 8 Шоттки, первые электроды которых подключены к общей шине а вторые электроды—

Э

25 к среднему выводу резистивного делителя, к которому подключен вход фильтра 9 нижних частот, выходом соединенного с входом первого измерительного усилителя )О, выход которого подключен к второму входу осциллографа 6 и первому входу компаратора 11 напряжения, второи вход которого соединен с общей шиной, а выход — с входом

I управления режимом раооты реверсивного счетчика 12, синхровход которого 35 соединен с вторым выходом генератора

1, а информационные .выходы — с входами цифроаналогового преобразователя (ЦАП) 13, выход которого через резистор 14 соединен со средним выводом 40 резистивного делителя, третий выход генератора 1 импульсов соединен с входом элемента 15 регулируемой задержки, выходом подключенного к входу формирователя 16 эталонного 45 перепада напряжения, выход которого соединен с вторым выводбм резистора

4 резистивного делителя °

При включении исследуемого ОУ в 50 режиме неинвертирующего повторителя на перепаде напряжения от U. к 0 устройство работает следующим образом.

Предварительно на выходе ЦАП 13 устанаВливается напряжение Б9 . Напря- 55 жению Б, на первом выходе генератора м

1 (диаграмма а, фиг. 2) соответствует

М - о

Напряжение U2 + U2 на выходе ОУ2 (диаграмма б, фиг.2), а напряжению

39 2

U на втором выходе генератора 1, равному логической "1" (диаграмма е, фиг.2), — отрицательное напряжение Uz на выходах формирователя 16 перепада (диаграмма ж, фиг.2). Результирующее напряжение П на среднем выводе реэистивного делителя (диаграмма в, фиг.2) определяется как

9 1 (. а + 2 ) К2) )8 4) )9

1/К<

1/К< 1/Rò.+) /R3+ /R4

1 /R2

2 ) /Я +) /Я, +)/Я, +) /Я

В соответствии с перепадом напряжения U от U, к 0 на первом выходе м генератора 1 на выходе ОУ2 устанав-. ливается напряжение смещения нуля о

U а в соответствии с перепадом напряжения от логической ")" к логическому "0 на втором выходе генератора 1 на выходе формирователя 16 перепада устанавливается нулевое напряжение, при этом на среднем выводе резистивного делителя формируето ся напряжение U, а на выходе усилио теля 10 — напряжение U9, Напряжение о

U обусловлено напряжейиями смещения нуля U u U 0Ó2 .и усилителя )О.

После установления напряжений с о

U,U,U на третьем выходе генератора 1 формируется пачка импульсов напряжения U< (диаграмма д,фиг.2), воздействующая на синхровход реверо сивного счетчика 12. При U ) О на выходе компаратора 1) — логический

"0" и в соответствии с импульсами напряжения U происходит уменьшение содержимого счетчика 12, выходное

1318939 напряжение U UAII 13 изменяется до тех пор, пока напряжение U не дос-: тигнет нуля. Момент равенства U . =

О фиксируется компаратором 11 (при

U О на выходе компаратора 11 — логическая "1" и содержимое счетчика

12 в соответствии с импульсами Uz увеличивается).

Если количество импульсов пачки недостаточно для полного уравновешивания эа один такт, то для этого может быть использовано несколько тактов. Дрейф напряжений ОУ2 и усилителя 10 таким образом постоянно отслеживается цифровой схемой уравно,вешивания, включающей компаратор 11, счетчик 12, ЦАП 13, резистор 14, которая быстро может переводиться из режима следящего уравновешивания в режим хранения и тем самым не влияет на динамические процессы, происходящие в исследуемом ОУ2 в переходном режиме. Сопротивление резистора 14 в устройстве выбрано намного больше, чем сопротивление резисторов 3 и 4, о так как напряжение U обычно не превышает 100 мВ, а ЦАП 13 может быть взят с максимальным напряжением

lU /= 10 а.

В момент t на первом выходе генератора 1 вырабатывается перепад нам пряжения U от U ê О, в ответ на который на выходе ОУ2 формируется м перепад напряжения от U к напряжео нию смещения нуля ОУ2 11, при этом выполняются условия й,„„(а

38, 8,;8, =" E,/U", S. =",/U,", где t, 3,, E,,,t,„,„, 3,, Я времена и относительные погрешности установления напряжений, допустимые отклонения напряжений от установившихся значений на первом выходе генератора 1 и выходе ОУ2.

С опережением на интервал tf (диаграмма е, фиг.2) относительно момента t< на втором выходе генератора

1 вырабатывается перепад -напряжения

U от логической "1" к логическому

"0" в ответ на который на выходе формирователя 16 перепада формируетг. м ся перепад напряжения U от минус Us к нулю, при этом выполняются условия

"ъ ст ц tz.уст 3 3 — 2 ь — Я /U8 где t. S Ep время и относительная погрешность установления напряжения, допустимое отклонение напряжения от установившегося значения на выходе формирователя 16 установления напряжений Б,,U> вблизи их,установившихся значений.

Начальный момент отсчета времени установления определяется по первому каналу осциллографа 6, подключенному для развязки через второй измерительf0

f5

50 перепада. В течение интервалов tö на первом выходе генератора 1 удер". живается нулевое напряжение, на втором выходе генератора 1 — логический

"0", на интервалах Т вЂ” tö на перМом выходе генератора 1 удерживается напряжение U,, а на втором выходе— м логическая "l", причем t„, T — t

2 от

Синхронно, с перепадом выходного м напряжения U от Uz к 0 ОУ2 формируется перепад отрицательного вым ходного напряжения U от минус U к нулю формирователя 16 перепада, а на среднем выводе резистивного делителя вырабатывается разностное напряжение U, размах которого ограничен диодами 7 и 8 Шоттки до 0,8 В (+0,4 В). Элемент 15 задержки регулируется до совпадения момента перем пада напряжения 1! от минус U к нулю с моментом достижения выходным м напряжением U ОУ2 уровня 0 5 U м при перепаде от U к нулю, .при этом напряжение U имеет форму двух выбросов противоположной полярности, примерно равной длительности, и размахом 0,8 В. После положительного выброса наблюдается процесс установления напряжения П1, соответствующий установлению напряжения U вблизи установившегося значения. На практике элемент 15 задержки регулируется до момента, когда выбросы напряжения на выходе усилителя 10 будут иметь равную длительность и амплитуду (диаграмма з, фиг.2).

Введением фильтра 9 нижних частот, на выходе которого формируется напряжение U„. достигается эффективное уменьшение размаха выбросов напряжения U, благодаря чему устраняется перегрузка осциллографа 6, усилитель

10 переводится в режим работы по малому сигналу, снижается скорость изменения напряжения на его входе, за счет чего исключаются звоны напряжения U . При правильно выбранной частоте среза фильтра 9 процесс установления напряжения Uä вблизи его установившегося значения незначительно отличается от процессов

5 1З1 ный усилитель 5 к выходу ОУ2. По первому каналу осциллографа 6 установлен коэффициент отклонения (0,11 В) В/см и осциллограф 6 работает без перегрузки. Начальный момент от счета времени установления ОУ2-момент пересечения напряжением U ОУ2 м . уровня 0,9 U при передаче напряжения от П," к ну . По осц графу

6 определяется интервал времени t от начального момента отсчета (диаграмма 3, фиг.2) до установления напряжения на выходе первого измерительного усилителя 10 с заданной погрешностью Е (диаграмма з, фиг.2), из которого с учетом задержек в гервом и втором измерительных усилителях

10 и 5, фильтре 9 находится время установления t,„„ ОУ2. При определении момента установления напряжения

U . .необходимо учитывать соотношение погрешности установленных E напряжения U и заданной погрешности установления E выходного напряжения П

ОУ2, связанных формулой Я = К, К

Установление напряжения Б определяется относительно его нулевого уровня.

Формула изобретения

Устройство измерения времени установления выходного напряжения быстродействующих операционных усилителей, содержащее генератор импульсов, первый выход которого соединен с одной клеммой для подключения исследуемого объекта, резистивный делитель из двух резисторов, один вывод которого

8939 соединен с другой клеммой для подключения исследуемого объекта, ограничивающие диоды Шоттки, включенные меж ду средним выводом резистивного делителя и общей шиной, первый измерительный усилитель, выход которого подключен к первому входу осциллографа и первому входу компаратора напряжения, второй вход которого соединен с общей шиной, а выход — с входом управления режимом работы реверсивного счетчика, синхровход которого подключен к второму выходу генератора импульсов, а информационные выходык входам цифроаналогового преобразователя, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности, B него введены второй измерительный усилитель, формирователь эталонного

20 перепада напряжения, пассивный фильтр нижних частот, элемент регулируемой задержки, резистор, причем вход второго измерительного усилителя соединен с выходом исследуемого операционного усилителя, а выход — с вторым входом осциллографа, выход цифроаналогового преобразователя через резистор подключен к среднему выводу резистивного делителя, к кото рому подключен вход фильтра нижних частот, выходом подключенного к входу первого измерительного усилителя, третий выход генератора импульсов соединен с входом элемента регу35 лируемой задержки, выход которого соединен с входом формирователя эталонного напряжения, выходом подклю-. ченного к второму выводу резистивного делителя.

1318939

Ъ фиг.2

Составитель В.Антохин

Редактор Л.Гратилло Техред М.Ходанич Корректор Г.Решетник

Тираж 730 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Заказ 2506/39

Производственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул.Проектная,4