Широкополосный стробоскопический преобразователь

 

Изобретение относится к импульсной и измерительной технике и может быть использовано в стробоскопических осциллографаХз Цель изобретения - повышение точности преобразования сигналово При наличии запускающего импульса на клемме 32 синхронизации генератор 7 строби тульсов вырабатывает два симметричных разнополярных импульса, открывая ключ 2. Конденсатор блока памяти (БП) 3 заряжается в момент действия стробимпульсов до напряжения входного сигналао Напряжение БП 3 через развязывающий резис

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (su < C 01 К 13/34

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ @йли(„

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (61) 1250962 (21) 4227775/24-21 (22) 13.04.87 (46) 15.11.88. Бюп. К - 42 (72) M.Ë. Гуревич и А.В. Черемохин (53) 621.3 17. 75(088 .8) (56) Авторское свидетельство СССР

II 1250962, кл. Г 01 R 13/34, 1986. (54) ШИРОКОПОЛОСНЫЙ СТРОБОСКОПИЧЕСКИЙ

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ (57) Изобретение относится к импульсной и измерительной технике и может

„„SU„„1437782 А 2 быть использовано в стробоскопических осциллографах. Цель изобретения повышение точности преобразования сигналов. При наличии запускакщего импульса на клемме 32 синхронизации генератор 7 стробимпульсов вырабатывает два симметричных разнополярнъ х импульса, открывая ключ 2. Конденсатор блока памяти (БП) 3 заряжается в момент действия стробимпульсов до напряжения входного сигнала. Напряжение БП 3 через развязывающий резис1Й3 7782 тор подводится к входу буферного усилителя (БУ) 5. Коэффициенты и; редачи БУ 5 и депителя 8 ня)прят:ения выбр Яны та к, «To напряжения на пит Я= юших входах 17 и 18 БУ 5 в -,очности повторяют изменение напряжен)я ня третьем входе БУ 5. Лоэтсму готерн заряда через входные емкости Бу нет. Напряжение с вь3хоця БУ =, eep,-.e масштабный блок (NF) 38 подводится к средней точке потенцио)етра 37 н напряжение на аноде и катоде вeH-,Илей 35 и 36 соответс".:венно изменяеcR на величину, прОг«орцион пьную величине напряжения запомненног в БЛ 3 Гсли в)вл1Г1инв ко )съ))ип)- )ента (K I+) МБ i8 выбран из услоИзобретение относится к:)айву)ч)ьс— ной и изNepHTРпьной теххжкe «! межеT

6 blTb испОльзОвано для измерения мг НОвенных значений напряженкй широкопоЛОСНЫХ И ИМПУЛЬСНЫК СИГ:=:B.i OÇ . Л «BCT=: нОсти в стробоскопи -. вски«-. Оспилло»-.*9 рафах.

Цель изобретения — повышение точ*-ности преобразования устройства зя счет исключения потери части заряда конденсатором памяти через паразитные емкости диодов ключа.

На фиг. 1 приведена структурная схема преобразователя; на фиг„ 2 эквивалентная схема входной части 15 преобразователя без компеяся1".:.ю. емкости токов 702 и 724; ня фиг„ эквивалентная схема входной вЂ,::асти преобразователя с компенсацией емкостнык токов "D2 и 7ЗА. 2 .r

Устройство содержи . входную кле>му 1, ч етыр рхди Одны)й мост;-..вой кл;)) ч блок 3 памяти рязвязывяю;пий рез;;:o— тор 6, буйелHrrr-.: усипятеп::-, 5, -:.,ü)êoäную кл емму 6 Г!=" .н ер Ят op ) с Тр ri,б-им- 25

У пульсов., депитель 8 напряжен..-:я, перВ 1й ДИДДРЕг ЕВ ВИ) ЯЛЬИЫт r ОПЕР)) )-тУОНРЬП) усилитель 9 первый«резис"..-,р ", 0 обратной связи, первый масш:-Ябный р-зистор 1 пеpRI)5» источи))к I 2 пита«- .1 ющего няпряжеи я второй,п ФЪ;Оен,=.

ЦИЯЛЬНЫй О)) РОЯ rJwgQHHgrr) vr Я) т,т-гЕ)) Ь 1 3. 3в 5 1 р гдР 1 коэффицие";:-. переда IH ьУ 5., то кзменениР запирающих напряжений ня входах ключа

":удут рявны напряжению, зяпОлнен

o+rV R HII 3 T, e o Pe будет изменения межэлектродньж напряжений в диодах

2 „B следоваTельно, и напряжения ня выходе БП 3 =-я счет переряспредепения с емкостями диодов. Введение в устройство МБ 38 генераторов

3 :, 35 riocтоянного тока, двух вентилей 35, 36, потенпиометря 37 позвоJIHeT устранить изменение напряжения ня накопительном конденсаторе БП 3

) .Гол P ОкончЯния строб-и .GI/льсЯ чтО

- всличивяет точность преобр",зования входного сигняля. 3 ил). второй резистор 14 обратной связи, а-;орой масштабный резистор 15, второй источник 1) 6 питающего напряжения, пергый 17 и второй 18 питающие входы б . ферного усжп::,-:теля, инвертирующие входы 19 и 20 первого 9 н второго 13

orIepBrrHoHHbIx усилителей, неинвертируггг!)IHe входы 7 ) и 22 второго 13 и первого 9 операционных усилителей, выходы 23 и 24 первого 9 и второго

13 операционных усилителей, выход 25 буферного усилителя, выходной зажим

26 делителя, выходной зажим 27 генератора строб-импульсов отрицательной полярности, первый ?8 и второй 29 уг)р являющие входы чРтырРхдиОдного мостового клю-=.;:, вход 30 буферного усилителя. выходной зажим 31 генератораа строб."импульсов положительной -)олярности, клемму 32 синхронизации, генератор 33 пос оянного токя поло- :;т пьчой полярности, генератор Зц постоянного тока отрицательной нолярноo — IH„!Iåpçûé 35 и второй 3О вентили, : оставленные из М последовательно включен ньж диодов поте нциоме ". О 3 7 и .:, )Ясштабн)ый бло-.-.: 38., Входная клемма 1 додключеня к входу етырехдиодного мостового ключа 2, соединенного выходом с входом блока 3 памяти ВььхОд !)лОкя 3: ямяти СОРпи

НЕ,, «РОЕЗ ОЯ ВЯЫВЯЮ))))нт РЕ и» тО„). ) 3

1437782

10

55 с входом 30 буферного усилителя 5.

Выход 25 буферного усилителя 5 подключен к выходной клемме 6 и входу делителя 8 напряжения. Выходной зажим 26 делителя 8 подключен к соеди-. ненным вместе неинвертирующим входам

21 и 22 дифференциальных операционных усилителей 9 и 13. Выходы 23 и

24 усилителей 9 и 13 подключены соответственно к питающим входам 17 и 18 буферного усилителя 5, Инвертирующий вход 19 усйлителя 9 подключен через масштабный резистор 11 к источнику 12 питающего напряжения и через резистор 10 обратной связи к выходу

23 операционного усилителя 9. Инвертирующий вход 20 усилителя 13 подключен через масштабный резистор 15 к источнику 16 питающего напряжения

16 и через резистор 14 обратной связи к выходу 24 усилителя 13. Выходной зажим 27 генератора 7 строб-импульса отрицательной полярности подключен к управляющему входу 28 четырехдиодного мостового ключа 2 и выходу генератора 33 постоянного тока положительной полярности. Выходной зажим 31 генератора 7 строб-импульса положительной полярности подключен к управляющему входу 29 четырехдиодного мостового ключа и выходу генератора 34 постоянного тока отрицательной полярности. Анод первого вентиля 35 подключен к выходу генератора 33 постоянного тока положительной полярности, катод второго вентиля 36 подключен "к генератору 34 постоянного тока отрицательнои полярности. Катод первого 35 и анод второго 36 вентилей подключены соответственно к двум крайним зажимам потенциометра 37, средний зажим которого через масштабное устройство 38 подключен к выходной клемме 6.

Устройство работает следующим образом.

В исходном режиме при отсутствии импульса управления на клемме 32 синхронизации ключ 2 закрыт, поскольку на его управляющие входы 28 и 29 поданы запирающие постоянные напряжения, образованные протеканием прямых токов через вентили 35 и 36 от генераторов 33 и 34 токов. Величина каждого из этих запирающих напряжений равна падению прямого напряжения на N последовательно включенных диодах и соответствующей части потен30

50 циометра 37, включенной между егo крайним и средним зажимом. Напряжение на конденсаторе блока 3 памяти и входе 30 и выходе 25 буферного усилителя и выходной клемме 6 равно нулю. Напряжения на выходе масштабного блока 38 и среднем зажиме потенциометра 37 также равны нулю. При наличии запускающего импульса на клемме 32 синхронизации генератор 7 строб-импульсов вырабатывает на своих выходных зажимах 27 и 3 1 два симметричных разнополярных импульса, которые, воздействуя на управляющие входы 28 и 29 ключа 2, открывают его.

В результате конденсатор блока 3 памяти заряжается в момент действия строб-импульсов до напряжения входного сигнала входной клеммы 1. После окончания действия строб-импульсов напряжение блока 3 памяти через развязывающий резистор 4 подводится к входу 30 буферного усилителя. Коэффициенты передачи буферного усилителя и делителя 8 выбраны так, чтб напряжения на питающих входах 17 и 18 буферного усилителя в точности повторяют изменения на входе 30 буферного усилителя. Поэтому потерь заряда через входные емкости буферного усилителя 5 нет. Напряжение с выхода 25 буферного усилителя, пропорциональное напряжению на входе 30, через масштабный блок 38 подводится к средней точке потенциометра 37, В результате этого напряжение на аноде вентиля 35 и катоде вентичя 36 и, следовательно, запирающие напряжения на управляющих входах 28 и 29 ключа 2 изменяются на величину, пропорциональную величине напряжения, запомненного на конденсаторе блока 3 памяти. Если величина коэффициента передачи К масштабного блока 38 выбрана из условия Кщ-.

«К = 1,(где К вЂ” коэффициент передачи буферного усилителя 5), то изменение запирающих напряжений на управляющих входах 28 и 29 ключа 2 точно равны напряжению, запомненному на конденсаторе блока 3 памяти. При этом изменение межэлектродных напряжений на диодах VD2 и VD4 закрытого ключа 2 равно нулю и, следовательно, потерь заряда накопительным конденсатором блока 3 памяти за счет перераспределения с емкостями этих диодов нет. Таким образом, напряжение на накопительном конденсаторе не из 437782 меняется по сравнению с уровнем, запомненным на нем при стробировании. и не зависит от нестабильности и нелинейности емкостей диодов ключа так же, как и от емкостей транзисторов буферного усилителя, что увеличивает точность преобразования, Для доказательства э ого на фиг,2 приведена эквивалентная схема входной части преобразователя, справедливая для моментов времени сразу после окончания действия строб-импульсов без компенсации емкостных токов 702, VD4 и в этой схеме емкостные токи через резистор 4 и вход 3О буферного усилителя 5 не учитываются из-за их отсутствия в известном ус .ройстве„

Закрытые диоды VD2 и VD4 ключа 2 заменены конденсаторами С 2 H Сп, 20 равнымн по величине барьерной емкости диодов Запирающие постоя „..í.ûå „напряжения на управляни их входах 28 и 29 ключа 2 обозначены через Е и Е

Если считать, что к моменту оконча2ния строб-импульсов напряжение на конденсаторе блока пямяти точно равно напряжению входного сигнала Ч „присутствующе.го на входной клемме 1, а прямое падение напряжения на открытых строб-импуль-сами диодах 702 и VD4 составляет соответственно Ц„ .2 и U„< q, то исходя из закона Кирхгофа можно записать (Шц <Ш„в д (Ш„

С -С вЂ” — =С—

2 Д П Д . HQg

С2 Ь У С 60 вф С ЬБ (>) где значком h обозначено соответствующее изменение напряжения между значением, имевшим место к концу действия строб."импульсов„ и значением, установившемся после их окончания, 1

При этом цп Ьх Uvv e

П(.1 (Е2э П 9 ( где U напряжение, установившееся

М 5 на конденсаторе блока памяти после окончания строб-импульсов.

Это напряжение находят из совместного решения приведенных уравнений

C„

U, = U и" С„+ С. + С

С2 п .2 C

Cz + Сп + Сн

2E2 vv

0

С "-С -С„

В полученном выражении второй и третий член не зависят от входного сигнала, поэтому их влияние на результат измерения может быть учтено путем калибровки схемы (установки нуля) изменением Е или Е . Кроме

z того, в симметричной схеме диоды ключа 2 идепттичны (U U С

",„,), а напряжения смещения равны по величине и противоположных по знаку Е2з -Е2 . Поэтому во всех случаях можно приближенно считать

= Uâ„

Cö

С4+ С2 + С4 (3) E м + Кч КщпU u

Е -э Е + К К .Ц

Напряжение на конденсаторе памяти, а следовательно, и выходное напряжение преобразователя не равно напряжению сигнала и зависит от величин емкостей диодов и емкости памяти.

Эти емкости подвержены температурным и временным изменениям. Кроме то" го, величина емкостей диодов непостоянна и зависит от напряжения на диоде, а следовательно, от величины напряжения сигнала U „. В силу этого выходное напряжение преобразователя нестабильно во времени при изменении температуры и нелинейно зависит от уровня входного сигнала, что снижает точность преобразования .

На фиг. 3 приведена эквивалентная схема входной части преобразователя с компенсацией емкостных токов VD2 и VD4, справедливая для моментов времени после окончания строб-импульсов. Она идентична схеме фиг. 2, в которои последовательно с исходнь ми запирающими напряжениями Е и Fzs введены напряжения, поступаюшие с выхода 25 буферного усилителя 5 через масштабный блок 38.

Выражение, определяющее напряжение на накопительном конденсаторе, можно найти из выражения (2), если в нем произвести замену

143 778 нятых ранее допущений эпементов получим

К К а (Cz + С>)

П

С„+С +С, -н

П с + с + с ьх!

2 4 н IP

+ Сц

П н Uåõ

Таким образом, напряжение ка конденсаторе блока памяти, а следовательно, и выходное напряжение преобразователя точно равно входному капряжению и не зависит от величины емкостей диодов ключа и буферного усилителя, их нелинейности и нестабильности, в результате чего повышается точность. ф о р м у л à I» з о б р е т е н и я

Широкополосный стробоскопический преобразователь по авт. св, h" 1250962, 30

l .к" ее ф:- " .Ie gg ",рр "2 а h gq 9 g

Составитель H. Григ орьевский

Техред g. g„-II . нык Корректор А. Обручар

Рецактop Л. Пчелинская

Заказ 5889/ >5

Тираж 772

В11ИИПИ Государственного коми-,ета СССР

",.о делам изобретений v. Открытий

11303, Москва, Ж-35, Раушская каб., ;. 4

Подписное

Производственно-полиграфическое предприятие, г, ужгород, ул. Проектная, С учетом лп - ог> идентичности (см.фиг.3) н -" с. с

2 т да с г с,; с, с -.с, oTличаюшийсятем,что, с целью повышен>:я точности преобразования, в него введены масштабный блок гeIнератoI.!! постоянного тока положительной и отрицательной полярностей, два вентиля, содержащих по N послецовательно включенных диодов, H потенциоме-.р, крайние выводы которого соедине ы соответственно с ка—,oäîì первого . анодом второго вентилей, а средний вывод — с выходом масштабного блока, соециненного входом с выходной клеммой, причем анод первого вентиля соединен с выходом генератора постоянного тока положительной полярности и выходом генератора строб-импульсов отрицательной полярности, а катод второго вентиля со=.икен с выходом ". åíåðàòîðà постоянного -,ока отрицательной полярности и выходом генегатора строб-иьптульсав поло> -":".eëüío > — o.÷ÿðíoeòè.