Устройство измерения времени установления выходного напряжения операционных усилителей

 

Изобретение Ьлужит для повьшения точности измерения времени установления выходного напряжения быстродействующих операилонных усилителей. Устройство содержит генератор 1 им пульсов, резистивный делитель 5, ограничивающие диоды Шоттки 8 и 9, измерительный усилитель 10, осциллограф 11, компаратор 12, цифроаналоговый преобразователь 13 и реверсивный счетчик 14. Введение формирователя 2 эталонного перепада напряжения, схемы 3 регулируемой задержки, реверсивного счетчика 15 и мультиплексора 16 обеспечивает синхронную по времени компенсацию постоянной составляющей выходного сигнала операционного уси лителя 4 и, как следствие, увеличение чувствительности измерительного осциллографа . 2 ил.g

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (S11 4 G 01 R 31/28, 29/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО.ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 4165255/24-21 (22) 14.11.86 (46) 30.11.88. Вюл. 11 44 (72) А.М.Ромашов (53) 621.317.799 (088.8) (56) Достал И. Операционные усилите.ли. M.: Мир, 1982, с. 318.

Авторское свидетельство СССР

N- 1126898, кл. G 01 R 29/02, 1986. (54) УСТРОЙСТВО ИЗМЕРЕНИЯ ВРЕМЕНИ УСТАНОВЛЕНИЯ ВЫХОДНОГО НАПРЯЖЕНИЯ

ОПЕРАЦИОННЫХ УСИЛИТЕЛЕЙ (57) Изобретение служит для повыдения точности измерения времени установления выходного напряжения быстродействующих операционных усилителей.

„„SU„„1441339 А 1

Устройство содержит генератор 1 импульсов, резистивный делитель 5, or раничивающие диоды Шоттки 8 и 9, измерительный усилитель 10, осциллограф 11, компаратор 12, цифроаналоговый преобразователь 13 и реверсивный счетчик 14. Введение формирователя 2 зталонного перепада напряжения, схемы 3 регулируемой задержки, реверсивного счетчика 15 и мультиплексора 16 обеспечивает синхронную по времени компенсацию постоянной составляющей выходного сигнала операционного уси" лителя 4 и, как следствие, увеличение чувствительности измерительного осциллографа. 2 ил.

1441 339

Изсбрете|ше относится к измерительной и электронной технике и может быть использовано в аппаратуре контроля и измерений параметров быстро5 действующих оп ер ационных усилителей (ОУ), Пель изобретения — повышение точнОсти измерения времени установления выходного напряжения быстродействующих операционных усилителей за счет синхронной по времени компенсации постоянной составляющей выходного сиг— нала операционного усилителя и, как спедствие, увеличение чувствительнос- 15 ти измерительного осциллографа.

Иа фиг.1 изображена структурная схема устройства; на фиг.2 — временные диаграммы.

Устройство состоит из генератора 20

1 импульсов, -,ирователя 2 перепгqa.

";= ïðÿæåHèÿ, схемь. 3 регулируемой задержки, исследуемого операционного усилителя (ОУ) 4, реэистивного делителя 5 из резисторов 6 и 7, ограничивающих диодов !!1сттки 8 и 9, измерительного усилителя 10, осциллографа 1!, компаргтора 12, цифроаналогового преобразователя 13, первого реверсивного с-;етчика 14,второго ревер- 30 сивного счетчика 15 и мультиплексора

16. Второй выход генератора i соединен с входом формирователя 2,вь|ходом подключенного к входу ОУ

Выход ОУ 4 соединен с первым отводом резистивного делителя 5, второй отвод которого подключен к выходу цифроаналогового преобразователя 13„ а средний вывод — к входу усилителя 10, который через диоды Шоттки 8 и 9 под- 40 кпючен к общей шине. Выход усилителя

1О соединен с первым входом ксмпаратора 12 и первым входом осциллографа 11 вторым входом подключенного к второму выходу генератора 1. Второй 45 вход компаратора 12 подключен к общей тине, а выход — к входам управления режимом работы реверсивных счетчиков

15 и 14, выходы которых подключены соответственно к первому и второму 50 информационным входам мультиплексора 16, вход управления которого соединен с выходом схемы 3 регулируемой задержки, а выход — с входом цифроаналогового преобразователя i3. Первый и третий выходы генератора импульсов подключены к соответствующим синхровходам реверсивных счетчиков 14 и 15, а четвертый выход -- к входу схемы 3 регулируемой задержки.

При включении исследуемого ОУ 4 в режиме неинвертирующего повторителя на перепаде входного напряжения ОУ

4 от отрицательного уровня к положительному устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии (фиг.2) на втором выходе генератора 1 и выходе схемы 3 задержки напряжения Ui и U< имеют уровень лог. "I (ТТЛ-уровень).

Этому соответствуют положительные напряжения U2 на выходе формирователя

2 и U + U,. — на выходе ОУ 4, где

U> — смещение нуля на вьгходе ОУ 4:

U > = K„V2 (К„ — коэффициент передачи

ОУ 4). В мультиплексоре 16 при едияичном логическом уровне U на входе управления включен второй вход (канал В) и в соответствии с выходным кодом счетчика 14 на выходе преобразователя 13 установлен уровень отрицательного напряжения Бэ, по модулю о незначительно отличающийся от U +U .

Результирующее напряжение Бв на среднем выводе делителя 5 определяется вь|р ажен нем и =- К,(П. + U ) - К,П

2,.+ К, R) 1 1 2

R, Е2 — сопротивления резисторов 6 и 7.

В выражении для U< предполагается, что входное сопротивление усилителя и сопротивление закрытых диодов

6 и 7 при Пд/(с U намного больше R

Е2, Ug — напряжение отпирания диодов 8и 9.

Выходное напряжение усилителя 10 имеет значение .7 1(Я 8) где К,!, U — коэффициент передачи и напряженке смещения у си. лителя 10.

На интервале времени й,- „ когца положительное выходное напряжение

ОУ 4 заведомо установилось (имеет не. изменяющееся значение), на первом вы ходе генератора I формируется пачка импульсов в ТТЛ-уровнях напряжения

Uq, в соответствии с которой выходной код счетчика 14, а следователь"

1441339

50 но, и выходное напряжение U5. преобразователя !3 изменяются в ту или иную сторону до тех пор, пока выходное напряжение компаратора 12, управляющее режимом работы счетчика 14 не примет значение лог."О", при этом выходное напряжение U9 усилителя 10, которое подается на первы!! вход осциллографа 11, близко к нулевому !О уровню. Для установления напряжения

U около нуля может быть использова9 но несколько периодов измерения, а точнее несколько пачек импульсов напряжения U . Усилитель 10, компара- !5 тор 12, счетчик 14, мультиплексор 16, преобразователь 13 и резистор 7 образуют первую цепь следящего уравновешивания, которая работает в соот" ветствии с импульсами на первом выхо- 20 де генератора 1. Точность поддержания напряжения U9 около нулевого уровня определяется точностью компаратора 12 и цифроаналогового преобразователя 13 .(разрядностью преобразова- 25 теля или Точнее значением кванта ДП, который определяется

Пмакс

2" где U „ — полный размах выходного напряжения преобразоватеЛяь

5 — разрядность.

При нулевых логических уровнях (ТТЛ) напряжений U< и U4 на втором выходе генератора 1 и выходе схемы

3 задержки на выходах формирователя

2 и ОУ 4 отрицательные напряжения U и U +-1! ь а в мультиплексоре 16 к выходу подключен первый вход (канал 40

А) и в соответствии с выходным кодом счетчика 15 на выходе преобразователя 13 установлен уровень положительного напряжения U, незначительно отI о личающийся от модуля U> + Б9 !. Pe- 45 эультирующее напряжение Бьь на среднем выводе делителя определяется как и раньше выражением

З 2(3 9) 3 — 4(0з + з) °

На интервале времени t9-t4, когда отрицательное выходное найряжение ОУ

4 заведомо установилось, на третьем выходе генератора 1 формируется пачка импульсов в ТТЛ-уровнях напряжения

U9, в соответствии с которой выходной код счетчика 15, а следовательно, и выходное напряжение 05 преобразователя 13 изменяются в сторону увеличеI ния или уменьшения до тех пор, пока выхддное напряжение коипаратора 12, управляющее режимом работы счетчика

15 не примет значение лог. "О", при этом выходное напряжение U усилителя 10,которое подается на первый вход осциллографа 11, близко к нулевому уровню. Для установления напря жения U около нуля (при отрицатель9 ном выходном напряжении ОУ 4) может быть использовано несколько пачек импульсов напряжения U, . Усилитель

10 компаратор 12, преобразователь

13, резистор 7, мультиплексор 16 (канал А), счетчик 15 образуют вторую цепь следящего уравновешивания, которая работает в соответствии с импульсами на третьем выходе генератора

В момент на втором выходе генератора 1 вырабатывается перепад напряжения U от "0" к "1", в ответ на который на выходах формирователя

2 и проверяемого ОУ 4 формируются перепады напряжений Б2 и U от отрицательных уровней к положительнымь при этом выполняются условия:

t 2 ст. — — Збс(р - б

Е

1 ° (†.

02 уст 9 Р

1 р ь 02 ь времена и относительные погрешности установления напряжений, допустимые отклонения напряжений от установившихся уровней на выходе формирователя 2 и ОУ 4 (значения установившихся напряжен пЪ 02 I и 09ч отсчитываются от исходных отрицательных уровней, т.е. погрешности G,, 02 определены относительно размахов выходных напряжений формирователя 2 и

ОУ 4).

С некоторым опережением по отношению к моменту t . на четвертом вы5 ходе генератора 1 вырабатывается перепад напряжений от "0" к "1" в ответ на который на выходе схемы 3 задержки вырабатывается перепад напряжения U4 0Т 0 к 1 ° ПО этому перепаду, поступающему на управляющий вход мультиплексора 16, происходит быстрая смена его выходного кода, так как выход мультиплексора 16 переключается с выхода счетчика 14 (второй вход мультиплексора !6) на выход времени установления ОУ 4 — момент перепада напряжения U! на втором выходе генератора 1 от "0" к "I". По осциллографу 11 определяется интервал времени от момента отсчета до установления напряжения U относительно нуля с заданной погрешностью Е,из! которого с учетом задержек в формирователе 2, делителе 5, усилителе 10 находится время установления

ОУ 4. При определении момента установления напряжения U необходимо учитывать соотношение погрешности !

5 установления f напряжения U и заданной погрешности установления Е выходного напряжения U> ОУ 4, связан-. ных формулой

E К2ХК4х й

Формула изобретения

Устройство измерения времени ус25 тановления выходного напряжения операционных усилителей, содержащее генератор импульсов, реэистивный делитель, ограничивающие первый и второй диоды Шоттки, измерительный усилиЗО тель, осциплограф, компаратор, первый реверсивный счетчик, цифроаналоговый преобразователь, выход которого соединен с первым выводом резистивного делителя, второй вывод котоЗ5 рого соединен с первой клеммой для подключения исследуемого объекта, срвдний вывод реэистивного делителя соединен с катодом первого, анодом второго ограничивающего диода Шоттки

40 и входом измерительного усилителя, вторые выводы ограничивающих диодов

Шоттки соединены с общей шиной устройства, выход измерительного усилителя соедийен с входом осциллографа

45 и первым входом компаратора, второй вход которого соединен с общей шиной устройства, а выход — с входом управления режимом работы первого реверсивного счетчика, синхровход которо50 го соединен с первым выходом генератора импульсов, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью повышения точности, в него введены формирователь эталонного перепада напряжения, схе55 ма регулируемой задержки, второй реверсивный счетчик, мультиплексор, причем второй выход генератора импульсов соединен с вторым входом осЮ циллографа и входом формирователя

5 1441339 счетчика 15 (первый вход мультиплексора 16). В соответствии с изменени,ем кода на входе преобразователя 13 формируется перепад напряжения U от положительного уровня к отрицательному, противоположный к перепаду

U выходного напряжения ОУ 4. Для перепада напряжения Uz на выходе преобразователя характерно следующее:

t 2 исг а ) 3G

3 ст ъ и з

fg

У

П5 ст где .. . G» E — времй и относительная погрешность установления напряжения, допустимое отклонение напряжения U от установившегося значения выходного напряжения U„ преобразователя 13. 20

Как результат сложения перепадов напряжений U9 и и5 на среднем выводе резистивного делителя 5 вырабатывается разностное напряжение U . Схема 3 задержки регулируется до совпадения средних точек фронтов (уровень 0,5 от размаха перепада) перепадов напряжений U u Ug (момент 1,,), при этом напряжение U> имеет форму двух коротких выбросов противоположной полярности. После отрицательного выброса наблюдается процесс установления напряжения U относительно установив8 шегося уровня. Переходному процессу напряжения U8 соответствует переходный процесс относительно нуля напряжения !1 на выходе усилителя 10, которое подается на первый вход осциллографа 11, по . которому фиксируется установление напряжения U с заданной погрешностью.На практике схема 3 задержки регулируется до момента, когда выбросы напряжения U на выходе усилителя будут иметь равную амплитуду.

Размах напряжения U > на выходе усилителя 10 100-! 50 MB/äåë и его время установления с заданной погрешностью установления может быть изме-. рено предварительно непосредственно с помощью осциллографа 11.

Начальный момент отсчета времени установления ОУ 4 определяется по второму входу осциллографа 11, подключенному к второму выходу генератора 1. По первому входу осциллографа 1! установлен коэффициент отклонения 10-20 »B/дел и он работает без перегрузки. Начальный момент отсчета

1441339

Составитель В.Драчев

Редактор М.Петрова Техред А.Кравчук Корректор С. Шекмар

Заказ 6284/49

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 эталонного перепада напряжения, выход которого соединен с второй клеммой для подключения исследуемого объекта, третий выход генератора импульсов соединен с синхровходом второго реверсивного счетчика, вход управления режимом которого соединен с выходом компаратора, а информационный выход второго реверсивного счетчика соеди- 1ð нен с первым информационным входом мультиплексора, второй информационный вход которого соединен с информационным выходом первого реверсивного счетчика, вход управления мультиплексора соединен с выходом схемы регулируемой задержки, а выход соединен с входом цифроаналогового преобразователя, вход схемы регулируемой saдержки соединен с четвертым выходом генератора импульсов.