Высоковольтный генератор степенной функции

 

Изобретение относится к аналоговым вычислительным и к измерительным устройствам экспериментальной физики , в частности к диагностическим приборам для исследования ионных сгустков, полученных из импульсной плазмы. Целью изобретения является повышение точности работы генератора. Высоковольтный генератор степенной функции содержит параллельно включенные КС-цепи 1 - 1 , разрядный резистор 2, , 2j, нагрузочный конденсатор 3, высоковольтный ключ 4, первый 5 и второй 6 ключи, эталонный конденсатор 7, преобразователь 8 интервала времени в код. RC-цепи вьшолнены в виде последовательно включенных времязадающих резисторов 9,-9 и времязадающих конденсаторов 10,-10 . Генератор имеет вход II запуска, входы 12 и 13 задания режима работы, цифровой калибровочный вход 14, аналоговый выход 15, цифровой выход 16, шину высокого напряжения 17. Достижение поставленной цели обеспечено благодаря введению в генератор двух ключей , эталонного конденсатора и преобразователя интервала времени в код, а также благодаря новым связям между указанными элементами. I ил. i (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

„„SU„„ I 370657 А 1!

5И 4 С 06 7/20,13

ЬЯЪ -., 1

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Сю 3

Ю

Cb

Сл

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

00 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4076371/24-24 (22) 16.06,86 (46) 30.01.88. Бюл. !! 4 (72) А.Л.Семенов (53) 681.3(088.8) (56) Алексеев Г. И, Воспроизведение функций средствами цифроаналоговой

Ф вычислительной техники. — Минск: Наука и техника, 1976, с. 179, J. Phys Е. Sci, Inst !980, Vol 13, р. 1099-1105, (54) BblCOKOBOJlbTHbIA ГЕНЕРАТОР СТЕПЕННОЙ ФУНКЦИИ (57) Изобретение относится к аналоговым вычислительным и к измерительным устройствам экспериментальной физики, в частности к диагностическим приборам для исследования ионных сгустков, полученных иэ импульсной плазмы, Целью изобретения является повышение точности работы генератора.

Высоковольтный генератор степенной функции содержит параллельно включенные КС-цепи 1, - 1, разрядный резистор 2,, 2, нагруэочный конденсатор

3, высоковольтный ключ 4, первый 5 и второй 6 ключи, эталонный конденсатор 7, преобразователь 8 интервала времени в код. RC-цепи выполнены в виде последовательно включенных времязадающих резисторов 9,-9 и времяэадающих конденсаторов 10, -10

Генератор имеет вход 11 запуска, входы 12 и 13 задания режима работы, цифровой калибровочный вход 14, аналоговый выход 15 цифровой выход 16, шину высокого напряжения 17. Достнжение поставленной цели обеспечено благодаря введению в генератор двух ключей, эталонного конденсатора и преобразователя интервала времени в код, а также благодаря новым связям между указанными элементами, I ил.

1370657

Изобретение относится к аналоговым вычислительным и измерительным устройствам экспериментальной физики, в частности к диагностическим прибо5 рам для исследования ионных сгустков, полученных из импульсной плазмы.

Цель изобретения — повышение точности работы генератора.

На чертеже представлена блок-схе- 1О ма высоковольтного генератора степенной функции.

Предлагаемый генератор содержит параллельно включенные RC-цепи 1, -1 разрядный резистор 2, выполненный в 15 виде делителя напряжения на резисторах 2, и 2,, нагрузочный конденсатор

3 с емкостью С, высоковольтный ключ о

4, первый 5 и второй 6 ключи, эталонный конденсатор 7 и преобразова- 20 тель интервала времени в код 8, RCцепи 1, -! „ выполнены в виде последовательно включенных времязадающих резисторов 9,-9, и времязадающих конденсаторов 10,-10,, выполненных цифроуправляемыми. Количество RC-цепей

1, -1 определяется числом экспонент, аппроксимирующих требуемую функцию (в данном случае число аппроксимирующих экспонент N+1). Генератор меет вход 11 запуска, входы 12 и 13 задания режима работы, цифровой калибровочный вход 14, аналоговый выход 15, цифровой выход 16 и шину 17 высокого напряжения. 35

Генератор способен генерировать импульсы напряжения

Ф

U(p) = По к= P +уз„ (4) (1 ) 40

uii

U(t) = Uî, — — р(„ехр (-p„t), (5) к 1 (3) П (р) 0() -11 . „, Е; 0 где 7 — постоянная времени;

U-,— амплитуда генерируемых импульсов;

n (n О).

При размыкании высоковольтного ключа 4 на выходе генератора вырабатывается импульс напряжения, равный сумме экспонент

U(t) = U, ехр (- р,t), (2)

k= или в операторной форме Лапласа;

1/ ы

Uo (1+ где c(и я„ определяются видом функции U(t), количеством элементов разложения (экспонент), интервалом разложения; (k = 1; 2; 3) — постоянные времени.

После разложения по степеням р полиномов числителя и знаменателя выражения V(p) получают соотношение:

Соответствие между заданными значениями d и р„и параметрами электрической схемы l„ Г, и Д, устанавливается при сравнении выражений (3) и (4), Полагая = 1 мкс (см. формулу (1) и сопоставляя выражения (3) и (4), находим по известным из аппроксимации параметрам Ы„ и р„ значения постоянных времени 7„, Д „, 2,, что позволяет выбрать значения сопротивлений резисторов и емкостей конденсаторов. Если требуется увеличить (уменьшить) значение постоянной времени в m раз, то необходимо, сохранив те же значения сопротивлений резисторов, увеличить (уменьшить) в ш раз значения емкостей конденсаторов.

Генератор имеет 2 режима: рабочий и калибровки.

Рабочий режим, Ключ 5 разомкнут, а ключ 6 замкнут. В исходном состоянии высоковольт ный ключ 4 замкнут. С приходом импульса "Старт" по входу 11 размыкается ключ 4 и на выходе 15 формируется напряжение где N — число RC-цепей 1,-1„

a k H р, параметры переходного процесса.

Соответствие между параметрами и и постоянными времени

1...,N) определяется иэ соотношений (3) и (4). Функция (5) является аппроксимирующей для требуемой степенной функции.

Режим калибровки.

1370657

Необходимость периодической калибровки связана с температурным и временным дрейфом, а также с неконтролируемыми изменениями внешних условий эксперимента. Например, значение

Ь параметра 7, зависит от входной емкости отклоняющих пластин электродинамического анализатора, которая известна лишь приблизительно и величи10 на которой зависит от различных причин. Расчеты позволяют сделать вывод о значительной чувствительности формы генерируемой функции к изменению паРаметРов Тн, ;, и n . ПоэтомУ долговременная точность установки и поддержание в экспериментальных условиях необходимых значений постоянных времени является определяющей для достоверности экспериментальных данных.

Любое значение постоянных времени может быть представлено линейной н комбинацией двоично-взвешенных разрядных весов вида: 25 к

n i

1. к

1= 1 где i 2Т, — i-й разрядный вес, О, 1.. .jN.

Калибровка проводится раздельно ЗО для каждого значения к, т.е. при измерении 2„ ключи всех остальных цифроуправляемых конденсаторов 10,—

10((RC-цепей 1, -1„,, кроме k x, отключены. Измерение постоянных време- 35 ни переходных процессов осуществляется подачей импульса запуска на вход

lI. При этом размыкается высоковольтный ключ 4, запускается преобразователь 8 времени в код и генерируется 40 экспоненциально спадающий переходный процесс, постоянная времени которого измеряется преобразователем 8.

Калибровка осуществляется следующим образом. 45

Определяется значение t „ разности между значением эталонной постоянной времени 7 и максимальной величиной

t =с Е7

Эта оценка производится по результатам двух измерений. Первое измерение - измерение значения n1. - про- ° изводится при замкнутом ключе 5, разомкнутом ключе 6 и нулевом входном коде, подаваемом на цифроуправляе(ый (1

7 к

i=2 к

Эта оценка производится также по результатам двух измерений. Первое измерение при входном коде 100...00 по входу 14, второе измерение при входном коде 011...11 по этому же входу.

Далее определяют значение t „ раэп ". ности следующего веса „ и суммы всех меньших разрядных весов по результатам двух измерений при входных кодах 010...00 и 001...11 соответственно по входу 14 ° Затем определяют значение третьей разности t „, потом и т.д. до t"„ Причем определение I-й разности

„е,е ле н

i- (+1 производится по результатам двух измерений при входных кодах 00...010...00 (единица стоит на I м месте слова) и

00...001...11 °

3. Вычисляют истинные значения разрядных весов н согласно рекуррентному соотношению:,е 1 е1 (Е-1 (И + 1 — ) к 2 к к к причем вычисления производятся с определения величины старшего разрядного веса, которую определяют по форееу» ле; л (л + t - t ) (1 (0

1 и переходят к меньшим разрядным весам, Указанную процедуру выполняют для всех RC-цепей I 1 „ и цепи 2-3 (R C0) ° конденсатор k-й калибруемой RC-цепи

1н (все ключи разомкнуты). Второе измерение - измерение полной суммыпроизводится при разомкнутых ключах

5 и 6 и максимальном входном коде по входу 14.

2, Определяется значение t pasк ности старшего разрядного веса и суммы всех меньших разрядных весов:

137065

1О

7 д7 (— (n + ), 3 3

Формула и з о б р е т е н и я

Составитель А. Маслов

Редактор Л. Пчолинская Техред М.яндык Корректор М. Максимишинец

Заказ 421/49

Тираж 704 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Результаты измерений поступают через выход 16 генератора на вычислительное устройство, которое осуществляет управление процессом калибровки и вычисление истинных значений разрядных весов.

Интегральная нелинейность воспроизведения 7, оценивается соотношением: где d t — максимальная ошибка измерений 15 п — количество калибруемых разрядных весов.

Для измерения постоянных времени экспонент для данного генератора использован преобразователь времени в 20

-Э код с интегральной нелинейностью 10

В этом случае ошибка dt составляет десятые доли наносекунд. Таким образом, при числе калибруемых весов n =

10 ошибка интегральной нелинейности 25 составляет 1 ь1 нсек.

Высоковольтный генератор сте ной 30 функции, содержащий N параллельно включенных RC-цепей, каждая из которых выполнена в виде последовательно соединенных времязадающего резистора и времязадающего конденсатора, разрядный резистор, включенный параллель" но RC-цепям, нагрузочный конденсатор, первая обкладка которого соединена с

7 о аналоговым выходом генератора, а вторая обкладка подключена к шине нулевого потенциала и объединенным обкладкам времязадающих конденсаторов

RC-цепей, и высоковольтный ключ, два информационных вывода которого соединены соответственно с объединенными выводами времязадающих резисторов RC-цепей и шиной высокого напряжения, а управляющий вход является входом запуска генератора, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения точности, он содержит первый и второй ключи, эталонный конденсатор и преобразователь интервала времени в код, вход запуска которого соединен с входом запуска генератора, а выход является его цифровым выходом, разрядный резистор выполнен в виде делителя напряжения, средний вывод которого соединен с информационным входом преобразователя интервала времени в код и через первый ключ подключен к одной из обкладок эталонного конденсатора, подсоединенного другой обкладкой к шине нулевого потенциала, времязадающие конденсаторы

RC-цепей и нагрузочный конденсатор выполнены цифроуправляемыми и подключены управляющими входами к цифровому калибровочному входу генератора, второй ключ включен между объединенными выводами времязадающих резисторов RC-цепей и аналоговым вьгходом генератора, а управляющие входы первого и второго ключей соответствуют входам задания режимов работы генератора.