Устройство измерения времени установления выходного напряжения операционного усилителя

 

Изобретение может быть использовано в аппаратуре контроля параметров операционных усилителей. Устройство содержит генератор 1 импульсов возбуждения, резистивный делитель , включающий резисторы 3 и 4 и диоды 5, 6, измерительный усилитель 7, измеритель 8 временных интервалов, компаратор 9 и цифроаналоговый преобразователь 23. Введение генератора 10, логических вентилей 11, 12, 19 и 20, счетчиков 13, .14, 17 и 22, RS- триггеров 15 и 16, ждущего М1, льтивибратора 18, элемента 21 задержки и кодонаборников 24-27 повышает помехоустойчивость и точность измерения времени установления выходного напряжения операционного усилителя 2. В описании приведен пример реализации генератора 10, состоящего из элемента 29 задержки логического вентиля 30 и генератора 28. 1 з.п. ф-лы, 2 ил. с $ (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1368820 А1 (51)4 G 01 R 29/OZ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

l3, К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4096043/24-21 (22) 23.07.86 (46) 23,01.88, Вюл. В 3 (71) Смоленский филиал Московского энергетического института (72) Ю.В.Троицкий и К,Н.Строев (53) 621.317.757 (088,8) (56) Достал И. Операцион.;ые усилители. — M.: Мир, 1982, гл ° 9.

Авторское свидетельство СССР

У 1126898, кл. С 01 R 29/02,21.07,83. (54) УСТРОЙСТВО ИЗМЕРЕНИЯ ВРЕМЕНИ

УСТАНОВЛЕНИЯ ВЫХОДНОГО НАПРЯЖЕНИЯ

ОПЕРАЦИОННОГО УСИЛИТЕЛЯ (57) Изобретение может быть использовано в аппаратуре контроля параметров операционных усилителей. Устройство содержит генератор 1 импульсов возбуждения, резистивный делитель, включающий резисторы 3 и 4 и диоды 5, 6, измерительный усилитель

7, измеритель 8 временных интервалов, компаратор 9 и цифроаналоговый преобразователь 23. Введение генератора

10, логических вентилей 11, 12, 19 и 20, счетчиков 13;,14, 17 и 22, RSтриггеров 15 и 16, ждущего мультивибратора 18, элемента 21 задержки и кодонаборников 24-27 повышает помехоустойчивость и точность измерения времени установления выходного напряжения операционного усилителя 2. В описании приведен пример реализации генератора 10, состоящего из элемента 29 задержки логического вентиля

30 и генератора 28. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

13688

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в аппаратуре контроля параметров операционных усилителей.

Целью изобретения является повы6 шение помехоустойчивости и точности измерения времени установления выходного напряжения операционного усилителя.

На фиг,1 представлена структурная схема устройства измерения времени установления выходного напряжения операционного усилителя; на фиг.2 временная диаграмма, поясняющая работу устройства.

Устройство измерения времени установления выходного напряжения операционного усилителя (фиг.1) содержит задающий генератор 1 импульсов воз- 20 буждения, исследуемый операционный усилитель (ОУ) 2, резистивный делитель из резисторов 3 и 4, два ограничительных диода 5 и 6, измерительный усилитель 7, измеритель 8 временных 25 интервалов, компаратор 9 напряжения, дополнительный генератор 10, первый 11 и второй 12 логические вентили, первый 13 и второй 14 счетчики, первый 15 и второй 16 RS-триг- эд геры, третий счетчик 17, ждущий мультивибратор 18, третий 19 и четвертый 20 логические вентили, элемент 21 задержки, четвертый счетчик

22, цифроаналоговый преобразователь (IlAII) 23, четыре кодонаборника 24-27, 35

Шина Пуск соединена с управляющим входом четвертого счетчика 22 и входом задающего генератора 1, выход которого соединен с входом до- 40 полнительного генератора 10 и инвертирующим входом исследуемого ОУ 2, охваченного отрицательной обратной связью по неиннертирующему входу, выход ОУ 2 соединен с первым входом 45 резистора 3, выход которого соединен с входом резистора 4, диодов 5 и 6 и входом измерительного усилителя 7, выход которого соединен с входом измерителя 8 временных интерналов и первым входом компаратора 9, второй вход которого соединен с общей шиной, прямой выход компаратора 9 соединен с первым входом вентиля 11, инверсный выход компаратора 9 соединен с первым входом вентиля 12, второй вход которого соединен с выходом дополнительного генератора 10, вычитающим входом третьего счетчика 17 и

2 вторым входом вентиля 11, выход которого соединен с вычитающим входом первого счетчика 13, выход перепопнения которого соединен с S-входом первого триггера 15, выход которого соединен с первым входом вентиля 19, выход которого соединен с суммирующим входом счетчика 22, выход которого соединен с входом ЦАП 23, ныход которого соединен с вторым нходом резистора 4, выход вентиля 12 соединен с вычитающим входом счетчика 14, выход переполнения которого соединен с S-входом триггера 16, выход которого соединен с первым входом вентиля

20, выход которого соединен с вычитающим входом счетчика 22, выход счетчика 17 соединен с входом ждущего мультивибратора 18, выход которого соединен с вторыми входами вентилей

19 и 20 и входом элемента 21 задержки, выход которого соединен с К-входами триггеров 15 и 16, с управляющими входами счетчиков 13, 14 и 17, выходы кодонаборников 24-27 соединены соответственно с входами параллельной записи счетчиков 13, 14, 17 и 22 °

Дополнительный генератор 10 содержит релаксационный генератор 28, элемент 29 задержки, логический вентиль 30, первый вход которого соединен с входом дополнительного генератора 10 и входом элемента 29 задержки, выход которого соединен с третьим входом вентиля 30, второй вход которого соединен с выходом релаксационного генератора 28, выход вентиля

30 является выходом дополнительного генератора.

Устройство работает следующим образом.

По сигналу "Пуск" генератор 1 импульсов возбуждения вырабатывает последовательность импульсов, период которой должен быть больше удвоенного времени установления выходного напряжения ОУ плюс дополнительное время, отводимое на балансировку ОУ (фиг.2а). Импульсы возбуждения поступают на один из входов ОУ 2, охваченного отрицательной обратной связью. Сигнал с выхода исследуемого

ОУ 2 (фиг.2б) поступает на схему вычитания аналоговых сигналов, выполненную на резистивном делителе, состоящем из резисторов 3 и 4. Для уменьшения перегрузки измерительного

1368820 усилителя 7 к средней точке делителя подключены два ограничивающих диода 5 и 6. На второй вывод резистивного делителя подается компенсирую5 щее напряжение с выхода ЦАП 23, входящего в состав устройства балансировки. Разностный сигнал dU() выходного напряжения ОУ 2 Б,() и компенсирующего напряжения усиливается измерительным усилителем 7 и подается на вход измерителя 8 временных интервалов, с помощью которого выделяется и измеряется время установления.

Компенсирующее напряжение формируется с помощью устройства балансировки следующим образом.

Сигналом !!Пуск!! в реверсивный счетчик 22 по входам параллельного ввода (D0 — D,,) с кодонаборника 27 осуществляется установка начального значения кода, соответствующего установившемуся значению Ц „ ... заданному ТУ на ОУ. Затем устройство балансировки переводится в следящий ре- 25 жим, при котором компенсируются напряжения смещения исследуемого и измерительного ОУ и производится отслеживание за дрейфом этих напряжений. Поскольку следящий режим осу- Зц ществляется в зоне, где шумовая составляющая сигнала ОУ имеет тот же порядок или даже превышает требуемую точность уравновешивания, то следящий режим организуется с использованием принципа статистической обработки, а именно выделения медианы установившегося режима, т;е. такое значение U с,„, при котором выполняются условия 40

P(U(,)Б„„.-) — P(U(, - UveT. 3 (1) или

P 0() > 01 = PfdU 1 с 01=0,5, (2) где U (а) — установившееся значение выходного напряжения ОУ;

dU< J — установившееся значение

Ъ разностного сигнала, т.е. вероятность того, что напряжение на выходе измерительного усилителя 7 после определения U „ больше О, равна вероятности того, что око меньше или равно нулю. Для организации следящего режима со статистической обработкой с кодонаборников 24 и 25 в счетчики 13 и 14 заносится код N/2 + d, а с кодонаборника

26 в счетчик 17 — код N, число N выбирается из условия требуемого числа усреднений при формировании каждого импульса следящего режима и зависит от уровня шумов данного типа ОУ.

Фронтом импульса возбуждения U эаС пускается дополнительный генератор тактовых импульсов, на выходе кото- рого через задержку C rt vcr (фиг ° 2д) формируются тактовые импульсы, подаваемые на вычитающий вход счетчика

17 и через вентили 11 и 12 на входы счетчиков 13 и 14. Разрешение прохождению сигналов через вентили 11 и 12 обеспечивают сигналы с выходов компаратора 9 (фиг.2г), для которого справедлива зависимость 1, если лИ 0, U =1 (О, если dUv 0; (3) — 1 1, если dU) О, к 0, если dU О, (4) ! где U u U — безразмерное значение к k сигналов на выходах компаратора.

Сигнал на выходе счетчика 13 появляется в том случае, если и

U v N/2 +d

Ы, и или 1/N K U„> 1/2 +

Значение 1/N U = Р(лБсО). (5) Таким образом, появление сигнала на выходе счетчика 13 соответствует условию PtU(1 <01 = 1/2 + d/N, а аналогично появление сигнала на выходе счетчика 14 — условию Р(11

1/2 + 4/N. Следовательно, отсутствие сигналов на выходе счетчиков 13 и 14 соответствует выполнению условия (2).

Сигналы с выхода счетчиков 13 и

14 управляют разрешением прохождения импульсов с выхода ждущего мультивибратора 18 на суммирующий и вычитающий входы реверсивного счетчика 22 (фиг.2ж). Ждущий мультивибратор 18 запускается импульсом переполнения счетчика 17, который появляется через N импульсов тактового генератора 10 (фиг.2е). Через элемент 21 задержки осуществляется установка счет5 1368820 чиков 13, 14 и 17 в исходное состоя- ние и последующее формирование оче— редного импульса режима следящего уравновешивания. Код счетчика 22 преобразуется в напряжение ЦАП 23, которое подается на второй вывод резистивного делителя. Это напряжение, таким образом, отслеживает медиану установившегося значения выходного напряжения ОУ. Для симметричных законов распределения шумовых составляющих сигналов медиана Б, „ равна математическому ожиданию установившегося значения.

Необходимость повышения точности выделения разностного сигнала где U .(г.) — выходное напряжение ОУ, связано с тем, что при изменении С фиксируется момент вхождения в малую зону фиксации от установившегося значения + E составляющую от 0,1 до 0,01Х от U „,, Причем погрешность выделения этой зоны не должна превышать 107, т.е. требуется точность фиксации уровня сигнала с погрешностью до 0,001K в наносекундном диапазоне изменения сигналов, что технически нереализуемо. В связи с этим выделяется переменная составляющая и зона Г отсчитывается от нулевого уровня. Однако шумовая составляющая на выходе ОУ не позволяет выделить указанную зону без использования методов статистической обработки. Широкополосность быстродействующих ОУ, для которых собственно время установления и является нормируемым параметром, связана с пропусканием широкого спектра шумов и увеличег1ием их уровня.

В качестве измерителя временных интервалов может быть использован осциллограф, по которому визуально фиксируется момент вхождения сигнала 4U(t) в заданную зону +Е и произ— водится измерение времени установления. Современные программно-управляемые стробоскопические осциллографы позволяют автоматизировать этот процесс. Кодонаборники выполняются в виде набора перемычек на входе счетчиков. формула и з о б р е т е н и я

1, Устройство измерения времени установления выходного напряжения

55 операционного усилителя, содержащее генератор импульсов возбуждения, исследуемый операционный усилитель, резистивный делитель, два ограничительных диода, измерительный усилитель, измеритель временных интервалов, компаратор напряжения, реверсивный счетчик, цифроаналоговый преобразователь, вход которого соединен с выходом реверсивного счетчика, выход генератора импульсов возбуждения соединен с инзертирующим входом исследуемого операционного усилителя, охваченного отрицательной обратной связью, выход которого соединен с первым выводом резистивного делителя, к средней точке которогp подключены два ограничивающих диода и вход измерительного усилителя, выход которого соединен с входом измерителя временных интервалов и первым входом компаратора, второй вход которого соединен с общей шиной, выход цифроаналогового преобразователя соединен с вторым выводом pp HcTHBHQI делителя, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повьпнения то ности измерения и помехоу< тойчивости, в него дополнительгго введены три счетчика, четыре логических вентиля, два

RS-триггера, ждущий мультинибратор, дополнительный генератор импу.гьсов, элемент задержки и четыре кодонаборника, при этом прямой выход компаратора соединен с первым входом первого вентиля, инверсный выход компаратора соединен с первым входом второго вентиля, второй вход которого соединен с выходом дополнительного генератора, вычитающим входом третьего счетчика и вторым входом первого вентиля, выход которого соединен с вычитающим входом первого счетчика, выход переполнения которого соединен с S-входом первого триггера, выход которого соединен с первым входом третьего вентиля, выход когорого соединен с суммирующим входом реверсивного счетчика, вычитающий вход которого соединен с вьгходом четвертого вентиля, первый вход которого соединен с выходом второго RS-триггера, S-вход которого соединен с выходом переполнения второго счетчика, вычитающий вход которого соединен с выходом второго вентиля, выход переполнения третьего счетчика соединен с входом ждущего мультивибратора, выСоставитель В.Котов

Техред И.ПоповичРедактор И,Шулла

Корректор С.Шекмар

Заказ 288/48

Тираж 772 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4. ход которого соединен с вторыми входами третьего и четвертого вентилей и входом элемента задержки, выход которого соединен с R-входами первого и второго триггеров и с управляющими входами первого, второго, третьего счетчиков, управляющий вход реверсивного счетчика соединен с шиной

"Пуск" и входом генератора импульсов возбуждения, выход которого соединен с входом дополнительного генератора импульсов, выходы первого, второго, третьего и четвертого кодонаборников соединены соответственно с входами параллельной записи перво8820 8 го, второго и третьего реверсивного счетчиков.

2. Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что дополниВ тельныи генератор содержит релаксационный генератор, логический вентиль и элемент задержки, вход которого соединен с входом дополнительного генератора и первым входом вентиля, второй вход которого соединен с выходом релаксационного генератора, выход элемента задержки соединен с третьим входом логического, вентиля, выход которого является выходом дополнительного генератора,