Устройство для измерения времени успокоения выходного напряжения сверхбыстродействующих операционных усилителей

 

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в аппаратуре контроля и измерения параметров сверхбыстродействующих операционных усилителей. Цель изобретения - повышение точности измерения времени успокоения выходного наUi пряжения в быстродейств тощтгх опера- , циониых усилителях - достигается путем устранения влгшния на измерения статических и квазистатических погрешностей проверяемого операционного усшштеля и усилителя с малым временем восстановления. Устройство содержит генератор 1 импульсов, формирователь 2 эталонного перепада, резисторы 3 и 9 проверяемый усилитель 5, усилитель 6 с малым временем восстановления, осциллограф 7, источник 8 опорного напряжения, аналоговый сумматор 10, измерительны усилитель 11, цифроаналоговый преобразователь 12, реверсивный счетчик 13 и компаратор 14. Время успокоения определяется по математической формуле , приведенной в описании изобретения . 2 ил. SS

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (50 4 G 01 R 29/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

R_#_g;, ГОСУДАРСТВЕНКЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblTHA (21) 4243116/24-21 (22) 26.01.87 (46) 15.11.88. Бюл. В 42 (72) А.М.Ромашов (53) 621.3 17.755 (088.8) (56) Х.А.fast overdrive — recove y

amplifier, Knorr S,1EEÅ вЂ” J.SolidState Cicr., 1981, N 1, 53-56. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ВРЕИЕНИ УСПОКОЕНИЯ ВЫХОДНОГО НАПРЯЖЕНИЯ СВЕРХБЫСТРОДЕЙСТВУКИЦИХ ОПЕРАЦИОННЫХ

УСИЛИТЕЛЕЙ (57) Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в аппаратуре контроля и измерения параметров сверхбыстродействующих операционных усилителей. Цель изобретения — повышение точности измерения времени успокоения выходного на„„SU 14378Î4 А 1 пряжения в быстродействующих операционных усилителях — достигается путем устранения влияния на измерения статических и квазистатпческих погрешностей проверяемого операционного усилителя и усилителя с малым временем восстановления. Устройство содержит генератор 1 импульсов, формирователь 2 зталонного перепада, резисторы 3 и 9 проверяемый усилитель 5, усилитель 6 с малым временем восстановления, осциллограф 7, источник 8 опорного напряжения, аналоговый сумматор 10, измерительный усилитель 11, цифроаналоговый преобразователь 12, реверсивный счетчик

13 и компаратор 14. Время успокоения определяется по математической формуле, приведенной в описании изобретения. 2 ил.

1437804

Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано в аппаратуре контроля и измерения параметров сверхбыстродействующих операционных усилителей (ОУ).

Цель изобретения — повышение точности измерения времени успокоения выходного напряжения быстродействующих ОУ путем устранения влияния на (О измерение статических и квазистатических погрешностей проверяемого ОУ и усилителя с малым временем восстановления.

На фиг.1 приведена схема устрой- (5 ства, на фиг.2 — диаграммы, поясняю— щие его работу.

Устройство состоит из генератора

1 импульсов, формирователя 2 эталонного перепада, резисторов 3 и 4, про- 20 веряемого ОУ 5, усилителя 6 с малым временем восстановления, осциллографа 7, источника 8 опорного напряжения, резистора 9, аналогового сумматора 10, измерительного усилителя 11, цифроаналогового преобразователя (ЦАП) 12, реверсивного счетчика 13, компаратора 14, причем первый выход генератора 1 через последовательно соединенные. формирователь 30

2 и резистор 3 подключен к первому отводу резистора 4 и инвертирующему входу ОУ 5, неинвертирующий вход которого подключен к общей шине„ а выход к второму отводу резистора 4 и первому входу усилителя 6 с малым временем восстановления, выходам соединенного с первым входом осциллографа 7, второй вход которого подключен к второму выходу генератора 1, источ- g0 ник 8 опорного напряжения через резистор 9 подключен к инвертирующему входу ОУ 5, а также к первому входу аналогового сумматора 10, выхоцом соединенного с вторым входом усилителя б с малым временем восстановления, а вторым входом — с выходом ЦАП 12, вход которого подключен к выходу счетчика 13, синхровходом соединеннсго с третьим выходом генератора 1, а входом управления — с выходом кампаратора 14, первый вход которого псдключен к общей шине, а второй— к выходу усилителя 11, входом соединенного с выходом усилителя с малым временем восстановления 6.

Устройство работает следующим образом.

В соответствии с перепадом напряжения на первом выходе генератора 1 на выходе формирователя 2 в момент гырабатывается перепад напрякения от положительного уровня V к нулю с

t cn временем установления Г при и, с „<, который поступает на проверяемый ОУ 5, ОУ 5 включен в режиме инвертирующего сумматора, в котором осуществляется сложение напряжения

U, с амплитудой U „ и заданного м отрицательного напряжения (-U (—— источника 8 опарнага напряжения поэтому по перепаду напряжения U „ м от положительного уровня U, к нулю на выходе ОУ 5 образуется перепад напряжения 0 от отрицательного уровня к положительному уровню Б уст =

°,м о

= К, iV,-U>) -V q или при (-U >l =

V, K„U)

О уст 2 Ud rpp K

R 2 = — 1 + — коэффициент усиления

ОУ 5 с отрицательной обратной связью, определяемый номиналами резистора

31 и резистора 41<., а также погрешностью установки резисторами коэффициента усиления К, из-за ограниченного коэффициента усиления ОУ 5 без

0 обратной связи, U — напряжение смещения нуля на выходе ОУ 5, связанное с напряжением смещения нуля на входе ОУ 5 через коэффициент усиления К „. Размах выходного перепада

"Ф, л, ОУ 5 U < = K „U < . Отрицательное напряжение U,, подается также на первый вход аналогового сумматора 10, где складывается с выходным напряжением

0 ЦЛП 12 и образует отрицательное напрюкение И г, которое подается на второй вход усилителя 6 с малым временем восстановления. Пусть в исходном состоянии напряжение U имеет некоторое положительное значение, при этом напряжение смещения

Б =П +U< так как коэффициент передачи сумматора 10 равен единице.

В усилителе 6 с малым временем восстановления напряжения U < и -U сравниваются, их разностное напряжение усиливается в 2,5 раза и ограничивается. Для того, чтобы иметь возможность проводить измерения, выходное напряжение U усилителя 6 с малым временем восстановления должно быть в пределах ега динамического диапазона U » (25 мВ или+12,5 мВ

37804

4 литель 6 с малым временем восстановления, усилитель 11, компаратор 14, счетчик 13, ЦАП 12, аналоговый сум5 матор 10 образуют цепь уравновешивания, которая работает в режиме слежения в промежутках между измерениями

30 образователя 12 величина кванта А U равна 0,05 мВ.

Таким образом, благодаря использованию цепи уравновешивания, которая работает в режиме слежения в про" . межутках времени между измерениями

40 на интервалах где выходное напряУ жение U4 ОУ 5 имеет установившееся значение, обеспечивается точное из мерение установления выходного напряжения U усилителя 6 с малым вре45 менем восстановления, а следовательно, и выходного напряжения U< ОУ 5 путем поддержания установившегося значения чапряжения U > на нуле и исключения влияния статических и квазистатических погрешностей на резуль50

55 относительно нуля, при этом разностное входное напряжение усилителя 6 с малым временем восстановЛения (U4

Ф чст

-U ) (5 мВ.

В исходном состоянии разностное входное напряжение усилителя 6 с малым временем восстановления больше

5 мВ, так как U „„и -Б отличаются по величине из-за напряжения смео щения нуля U@OY 5, отличая от -1 коэффициента усиления ОУ 5, погрешности начальной установки ЦАП 12, кроме того, имеет место напряжение смещения нуля усилителя 6 с малым временем восстановления, поэтому положительное выходное напряжение U7 лоследнего находится на краю динамического диапазона, что не позволяет проводить измерения.

Входное напряжение U усилителя 6 поступает на вход усилителя 11, где усиливается с коэффициентом усиления К . Положительное выходное напряжение UH усилителя 11 поступает на один из входов компаратора 14, другой вход которого подключен к общей шине. При положительном напряжении U на входе компаратора 14

Я его выходное напряжение U соответствует "1". Если напряжения U u U 8 отрицательные, то выходное напряжение U соответствует "0".

Для установки выходного напряжения U усилителя 6 с малым временем восстановления на ноль (в середину его выходного диапазона) с целью получения возможности точного измерения установления напряжения U, через промежуток времени (t -t«,) » t « на интервале t -t, где выходное напряжение U 4 ОУ 5 окончательно установилось и приняло значение U 4 ст, на третьем выходе генератора 1 формируется пачка импульсов напряжения которая подается на синхровход счетчика 13. При поступлении импульсов напряжения U« ua счетчик 13 его выходной код, а соответственно и выходное напряжение U< преобразователя изменяются до тех пор, пока выходное напряжение U усилителя 6 с малым временем восстановления не станет „.

I равным нулю, что соответствует U+ „,.

= (-U ) с точностью до десятых долей милливольта, при этом выходное напряжение U(усилителя 11 также равно нулю, а выходное напряжение U q компаратора 14, соответствует "0". Усивремени успокоения на интервалах времени, где выходное напряжение Б ОУ 5 заведомо установилось. На интервалах измерения времени успокоения цепь уравновешивания работает в режиме хранения и на выходе ЦАП 12 сохраняется постоянный уровень напряжения U<. Точность поддерживания напряжения Б„ около нулевого уровня определяется в основном точностью компаратора 14 и ЦАП 12 (величиной

0 6

М кванта dU = „где U — размах выходного напряжения ЦАП 12, N — разрядность ЦАП 12) . С целью увеличения чувствительности компаратора 13 используется медленный прецизионный измеритсльный усилитель 11 с коэффициентом усиления К 4 10. Диапазон м выходного напряжения U преобразователя 12 выбран 200 мВ или +100 мВ относительно нуля, так как такого изменения напряжения Ug достаточно для компенсации статических и квазистатических погрешностей устройства.

При использовании 12-разрядного претат измерения.

По перепаду напряжения на первом выходе генератора 1 на выходе формирователя 2 в момент t вырабатываетм ся перепад напряжения Uq от U, к нулю, в соответствии с которым на выходе проверяемого ОУ 5 формируется перепад напряжения 04 от отрица тельного уровня к положительному

5 14378 уровню Uq „,„, а на выходе усилителя

6 с малым временем восстановления 6 при U g ус - -U q наблюдается процесс установления напряжения U на нуль.

По осциллографу 7 регистрируется интервал времени от середины фронта напряжения Ug совпадающего с фронтом перепада О,, до момента установления напряжения U на ноль с заданной погрешностью. Напряжение U< подается на второй вход осциллографа 7 с второго выхода генератора 1. Время успокоения и „ ОУ 5 определяется по формуле: где t — фазовая задержка сигнала в усилителе 6 с малым временем восстановления, измеряемая по малому входному сигналу. — время восстановления усилив теля 6 с малым временем восстановления, определяемое по эталонному перепаду с выхода формирователя 2 (без

0У 5) при U> 0. При измерении учитывается, что погрешность установления выходного напряжения ОУ 5 в

2,5 раза меньше погрешности установления выходного напряжения U усилителя 6 с малым временем восстановления, так как коэффициент усиления последнего равен 2,5, поэтому погрешности установления напряжения U g

0,5 мВ (или 0,017. от перепада 5 В) cooòâåòñòâóþò погрешности установления напряжения 0 1,25 мВ.

Формула изобретения

Устройство для измерения времени успокоения выходного напряжения сверхбыстродействующих операционных усилителей, содержащее источник опорного напряжения, генератор импульОч 6 сов, первым выходом соединенный с входом формирователя эталонного перепада, выходом подключенного к первому выводу первого резистора, вторым выводом соединенного с первой клеммой для подключения проверяемого операционного усилителя, вторая клемма подключена к общей шине, второй вывод первого резистора соединен с первым выводом второго резистора, вторым выводом подключенного к третьей клемме для подключения операционного усилителя и первому входу е усилителя с малым BDeMeHeM восстановления, выходом соединенного с первым входом осциллографа, второи вход которого соединен с вторым выходом генератора импульсов, о т л и ч а ю— щ е е с я тем, что, с целью повышения точности, в него введены компаратор, аналоговый сумматор, измерительный усилитель, реверсивный счетчик, цифроаналоговый преобразователь, третий резистор, причем источник опорного напряжения подключен к. первому входу аналогового сумматора и через третий резистор — к инвертирующему входу операционного усилителя, второй вход усилителя с малым временем восстановления подсоединен к выходу аналогового сумматора, вторым входом подключенного к выходу цифроаналогового преобразователя, вход которого соединен с выходом реверсивного счетчика, синхровходом подключенного к третьему выходу ге нератора импульсов, а входом управления режимом работы — к вьг оду компаратора, первый вход которого соединен с общей шиной, а второй — с вы-, ходом измерительного усилителя, вход которого подключен к выходу усилителя с малым временем восстановления.

1437804

У1(в) и,(8)

0 и (в)

U5 (В/

У7(ИЭ)

U8 (H8) 9 (В)

tlfof8)

Уиг. 2

Составитель Л.Сорокина

Редактор Л.Пчелинская Техред Л.Сердюкова Корректор С.Черни

Заказ 5890/46 Тираж 772 Подписное

В11ИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. ПР6ектная, 4