Измеритель нелинейности импульсовпилообразного напряжения

 

ОП MCANNE

ЙЗОБРЕТЕНЙЯ

Союз Советских.

Социалистических

Республик

r ф ,® (63) Дополнительное к ввт. сеид-ву{22) Звлвлено 230379 (23) 2740482/18-21 ® м Кп. с присоединением заявкм Ио—

G 01 R 29/02 (23) Приоритет г

Опублмковано150281. Бюллетень N9 б

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий. (53) УДК 621. 317. . 351(088.8) Дата опубликования описания 150281 (72) Авторы изобретения

Е.И. Кузнецов и С.Г. Кузнецов

I ; -: гр,-"-:

Омский политехнйческий институт .",:„ (7 t ) Заявитель э л 1 " .. (54 ) ИЗМЕРИТЕЛЬ НЕЛИНЕЙНОСТИ ИМПУЛЬСОВ ПИЛООБРАЗ

НАПРЯЖЕНИЯ

Изобретение относится к технике из мерения параметров электрических импульсов и может быть использовано для автоматического контроля нелинейности импульсов развертки в телевидении, радиоэлектронике и ядерной электронике.

Известен измеритель нелинейности пилообразного напряжения, который со- 0 держит дифференцирующую цепь, конденсатор, усилитель-ограничитель, буферный каскад, схему сравнения, схему запоминания, формирователь и индикатор 1 .

Недостатком этого измерителя явля- тз ется сложность процесса измерения в два этапа и необходимость предварительного определения скорости пилообразного напряжения и величины входной емкости.дифференцирующего канала. 20

Известно также устройство для измерения нелинейности пилообразного напряжения, содержащее две дифференцирующие цепи, два стробирующих каскада, ключи, пиковые детекторы, компаратор, элемент вычитания, ключмодулятор и индикатор 2 .

Недостатком этого устройства яв» ляется низкое быстродействие, обусловленное значительным временем на- 30 копления после преобразования сигнала ключа-модулятора.

Цель изобретения — повышение быстродействия °

Цель достигается тем, что в устройство, содержащее индикатор, источник опорного напряжения, две дифференцирующие цепи, входами соединенные с одним входом измерителя, выход первой из которых через усилитель-ограничитель подключен к входу буферного каскада, а выход второй дифференцирующей цепи через последовательно соединенные усилитель, первый пиковый детектор, интегратор с разрядным ключом подключен к одному из входов компаратора и два стробирующих каскада, входами соединенные с вторым входом измерителя, каждый из которых выполнен в виде последовательно соединенных регулируемой временной задержки и формирователя строб-импульса, при этом выходы стробирующих каскадов подключены к соответствующим управляющим входам двух ключей, входы каждого из которых соединены с выходом буферного каскада, а выход каждого из ключей через пиковый детектор подключен к соответствующему входу элемента вычитания, введены

805207 пять элементов И-НЕ, конденсатор, ре. зистор, генератор коммутирующих импульсов, формирователь, измеритель временных интервалов, второй компаратор, повторитель абсолютного значения напряжения, третий ключ, второй интегратор с разрядным ключом и четвертый пиковый детектор, выходом соединенный с входом индикатора, а входом — с выходом второго интегратора с разрядным ключом, управляющий вход которого через формирователь соединен с выходом первого элемента И-НЕ и с одним из входов второго элемента И-НЕ, второй вход которого подключен к первым выводам резистора и конденсатора, а его 15 выход соединен с вторым выводом резистора, с входом измерителя временных интервалов и с первым входом первого элемента И-НЕ, вторым входом соединенного с выходом упомянутого ком- 20 паратора, второй вход которого через повторитель абсолютной значения напряжения, подключен к выходу элемента вычитания, а третий вход упомянутого элемента И-НЕ соединен с первым входом третьего элемента И-НЕ, с первым входом четвертого элемента.

И-НЕ и с выходом второго компаратора, один из входов которого соединен с выходом источника опорного напряжения, а второй его вход — с выходом первого пикового детектора и с входом третьего ключа, выход которого подключен к корпусу измерителя, а управляющий вход третьего ключа соединен с управляющим входом интеграто- И ра с разрядным ключом,,с вторим выводом конденсатора и с выходом генератора коммутирующих импульсов, вход которого подключен к выходу пятого элемента И-НБ и к второму входу 40 четвертого элемента И-НЕ, выход ко, торого соединен с одним из входов пятого элемента И-НЕ, а его второй вход через третий элемент И-НБ соединен с втОрым ВхОдОМ измерителя

На фиг. 1 приведена функциональная схема измерителя; на фиг. 2— временные диаграммы, поясняющие принцип его работы", на фиг. 3 - пиковые детекторы, вариант выполнения измерителя, на фиг. 4 - повторитель абсолютного значения напряжения, вариант построения.

Измеритель нелинейности импульсов пилообразного напряжения содеркит дифференцирующую емкость 1, усилятель-ограничитель 2, токовый повторитель 3, защитный диод 4, токоэадающий и высокоомные резисторы 5 и 6, 7 — 9 буферный каскад 10, два стро--бирующих каскада, выполненных в виде ф) последовательного соединения регулируемых временных задержек 11 и 12, формирователей 13 — 14 строб-импуль сов, и ключей 15 и 16, два пиковых детектора 17 и 18, элемент 19 вычи- Я тания, дифференцирующую цепь. 20, состоящую из конденсатора 21, резистора 22 и усилителя 23 напряжения, третий пиковый детектор 24, первый интегратор 25, с разрядным ключом 26, зарядной цепью 27 и 28, усилителем

29 напряжения и первый компаратор 30, второй компаратор 31, источник опорного напряжения 0 „, двухвходовой элемент И-НЕ 32, первый триггер на двух элементах И-ЙЕ 33 и 34, генератор 35 коммутирующих импульсов, имеющий встроенную временную задержку, третий ключ 36, второй интегратор 37 с разрядным ключом 38, зарядной цепью 39 и 40, усилителем 41 напряжения и схемой управления, содержащей второй триггер на двух элементах И-НЕ 42 и

43, резистор 44, конденсатор 45, формирователь 46, повторитель 47 абсолютного значения напряжения, четвертый пиковый детектор 48, индикатор 49 и измеритель 50 временных интервалов. Пиковый детектор (фиг.3) содержит сравнивающий каскад 51, выполненный на операционном усилителе, диод 52, последовательно с которым включены зарядный транзистор 53 и запоминающий конденсатор 54, соединенный со входом повторителя напряжения 55 на операционном усилителе с полевыми входными транзисторами, реэистивными делителями 56 и 57, защитный стабилитрон 58, Выравниваю" щий резистор 59, разрядную кнопку 60.

Повторитель абсолютного значения сигнала (фиг.4) имеет резисторы

61-63, операционные усилители 64 и 65 с пряьыми и инверсными входами, обозначенныьж соответственно знаками "плюс" и "минус",диод 66.

Измеритель нелинейности импульсов

ПН работает следующим образом.

В состоянии покоя на входы прибора не поступают контролируемое 0 и синхрониэирующее U0 напряжения. Поэтому ключи 15 и 16 разомкнуты и напряжение на выходе аналогового элемента 19 вычитания и иа втором входе первого комнаратора 30 0 равны нулю. Также равны нулю напряжения на выходах дифференцирующей цепи 20, пикового детектора 24 и второго компаратора 31. Последнее фиксирует состояние элемента И-НЕ 32, первого и второго триггера так, что уровень напряжения 08 на выходе элемента 32 соответствует логической единице (фиг.2), величина U9 на выходе первого триггера близка к нулю, аналогично U > на выходе второго триггера имеет уровень логического нуля и не зависит от напряжения UIg на выходе первого компаратора 30. Генератор 35 коммутирующих импульсов заблокирован выходным напряжением первого триггера, ключ 36 с импульсным управлением разомкнут, а ключи 26 и 38 с потенциальным управлением замкнуты. Напряжение U<< и 0

805207 на выходах интеграторов 25 и 37 равны нулю.

С приходом первого синхронизирующего импульса U (фиг.2) формируется пилообразный сигнал tJ>, который пройдя дифференцирующую емкость 1, подводится к усилителю-ограничителю 2 в виде импульса тока с амплитудой

dUn (1) л д где С вЂ” значение емкости конденса1 тора дифференцирующей цепи.

Вершина импульса, содержащая информацию об изменении производной контролируемого ПН, выделяется с помощью пороговой цепи 7, 8 и 9 с уровнем ограничения U è преобразуется в импульс напряжейия U (фиг. 2 ) . на высокоомном резисторе 6. Для уменьшения токопотребления по входной цепи и получения возможно большего коэффициента преобразования усилитель-ограничитель 2 работает в режиме микротоков.

Поступая на вход прибора первый синхронизирующий импульс. приводит в действие регулируемые временные задержки 11 и 12, но не изменяет состояние схемы И-НЕ 32, заблокированной по второму входу напряжением

Ц =О. Длительность задержек устанавТ ливаются независимо в каждом стробирующем каскаде, что позволяет определять КН на любом выбранном участке пилообразного напряжения Нп.

Напряжение Н подводится также к дифференцирующей цепи 20, которая преобразует его в импульс напряжения Н (фиг.2). Экстремальное значение импульса запоминается третьим пиковым детектором 24 (фиг.3) в виде уровня напряжения U6, равного

40 дои где — — наибольшее значение производной контролируемого 45

ПН

Cg - емкость конденсатора 21, В 2 — сопротивление резистора 22,"

К вЂ” коэффициент передачи напряжения усилителя 23. Я}

Особенность схемы (фиг.3) определяется способом включения транзистора 53. База его связана с выходом повторителя напряжения 55, поэтому в любой момент времени напряжение 55 перехода коллектор-база близко к нулю и ток утечки перехода ничтожно мал, В проц.эссе заряда напряжение на конденсаторе 54 отслеживает входной сигнал, так как процесс непрерывно контролируется сравнивающим каскадом 51 и транзистором 53 ° В момент, когда входное напряжение достигает максимального значения, а затем начинает уменьшаться, процесс подзаря-. да конденсатора 54 прекращается, тав 65 как напряжение на сигнальном входе сравнивающего каскада 51 становится меньше напряжения на другом его входе, в результате чего напряжение на выходе сравнивающего каскада 51 изменяет свои знаки на обратный, что приводит к эапиранию диода 52.

Благодаря включению резистора 59 обратное напряжение приложено в основном к диоду 52, переход эмиттербаза транзистора 53 находится под напряжением, близким к нулю. Так как коллектор и база транзистора 53 эквипотенциальны, отсутствует ток разряда конденсатора 54 через коллекторный переход зарядного транзистора 53. За счет этого обеспечивается долгое время хранения заряда конденсатора 54, даже если величина его невелика, а также появляется возможность получить высокую скорость заряда конденсатора 54.

В процессе установления напряжения на выходе третьего пикового детектора 24 в момент сравнения Н 6(с) с U>Ä второй компаратор 31 срабатывает и формирует положительный перепад напряжения lf> до уровня логической единицы (фиг.2), подготавливая схему И-HE 32, а также первый и второй триггеры к переключению. Исходное состояние триггеров теперь поддерживается эа счет действия цепи положительной обратной связи.

В момент времени с (фиг.2) сигналом с выхода схем регулируемой временной задержки 12 запускается соответствующий формирователь 14, вырабатывающий первый строб-импульс и через ключ 16 пропускается первая вырезка напряжения ti4 амплитуда которой U запоминается пиковым детектором 18, выполненным по схеме фиг. 3. Если пренебречь влиянием характеристик токового повторителя 3, диода 7, ключей 15 и 16, принять равным единице коэффициенты передачи узлов 10, 17 и 18, то напряжение U будет равно (фиг.2) дц, U> ° О„, -R<(Ce, 3gj, где д0р производная ПН в момент д

- ток покоя, протекающий через диод 7, R - сопротивление резисто4 ра 6.

При этом на выходе повторителя абсолютного значения напряжения 47 устанавливается положительное напряже(4) Принцип действия повторителя (фиг. 4 ) заключается в следующем.

Для положительного входного сигнала схема имеет коэффициент передачи равный "1". При отрицательном вход805207 ном сигнале диод 66 отпирается, прямой вход усилителя 64 эаземпяется и коэффициент передачи схемы становится равным -"1". Таким образом, зиакопеременное входное напряжение преобразуется рассматриваемой схемой в положительное выходное напряжение 04 с коэффициентом передачи +"1" при равенстве сопротивления резисторов

61, 62 и 63.

В момент времени с формируется второй строб-импульс, через ключ 15 проходит вторая вырезка напряжения И амплитуда которой

dUg

u,=U„,ð-Я„ ф—,, -S<, (5) гдеdllq/Д- производная пилообразного напряжения в момент времени t, запоминается пиковым детектором 17.

Напряжения 0»и 03вычитаются на аналоговом элементе 19, при этом на выходе повторителя абсолютного значения сигнала 47 после завершения переходного процесса устанавливается положительное напряжение (фиг.2)

04= Я,С вЂ” (6)

dUп 0Цс 44 di, си2» пропорциональное разности производных контролируемого ПН в выбранные моменты времени t< и t . Длительность переходного процесса установ- Я ления напряжения (6I определяется, главным образом, свойствами узлов

19 и 47 измерителя. Коэффициент пропорциональности К4 к4 С4 определяет чувствительность прйбора и может Я регулироваться, например путем ступенчатого изменения величины К .

Второй синхронизирующий импульс U< (фиг.2), как и первый, приводит в действие регулируемые временные задержки 11 и 12 и, кроме того, инвертируясь схемой И-НЕ 32, . перебрасывает первый триггер в новое состояние. Положительным перепадом напряжения Ug с его выхода (фиг.2) запускается генератор коммутирующих 45 импульсов 35 с встроенной схемой временной задержки, вырабатывающий отрицательный импульс. Как видно из временных диаграмм, запуск генератора 35 производится с задержкой t>+, $Q введение которой необходимо для того, чтобы гарантировать полное завершение переходного процесса установления напряжения Ug, соответствующего выражению (б) . Следует заметить, что у к стабильности длительности задержки

t особых требований не предъявляется °

Сигналом от генератора 35 коммутирующих импульсов размыкается ключ 26, и первый интегратор 25 начинает интегрировать напряжение, вырабатывая вспомогательное ПН, меняющееся по эаС и (dt /макс 65 (9) где где С вЂ” емкость конденсатора 28/

R> — сопротивление резистора 27, текущее время, вплоть до момента насыщения усилителя 29 (фиг.2). Напряжение подается на первый вход компаратора 30. К другому входу от повторителя абсолютного значения сигнала 47 подводится напряжение 0, величина которого соответствует уравнению (6).

Одновременно с запуском интегратора 25, отрицательным перепадом напряжения 0 О с выхода узла 35 опрокидывается второй триггер и положительный перепад с его прямого выхода 0 3приводит в действие измеритель 50 временных интервалов. Отрицательный перепад с инверсного выхода 0 4 через формирователь 46 размыкает ключ 38 и второй интегратор 37, подключенный к источнику, начинает вырабатывать напряжение ИО () О ()(ьЮ (» (8)

4С4 где С4 — емкость конденсатора 40, R4 — сопротивление резистора 39, которое подводится к дополнительному пиковому детектору 48, реализованному по схеме фиг.3.

В момент с4 сравнения 04(с) с 04, определяемыми равенством аО. )0

l ".") „, K4R1С где y,о -коэфК,pe ъ з

Ъ 2 2 фициент пропрциональности, срабатывает компаратор 30 и отрицательный перепад напряжения 042 на его выходе перебрасывает второй триггер в исходное состояние. При этом ключ 38 замыкается и напряжение 69 на выходе интегратора 37 становится равным нулю. Длительность с, соответствующая классическоьцт выражению для КН, регистрируеуся измерителем временных интервалов 50. Максимальное значение напряжения на выходе интегратора 37 au, du„ (",")„.„, и.о,—.—

) 4 1 ЪСЪ 2С R4C4 коэффициент пропорциональности, также соответствует классической формуле для определения КН. Оно запоминается и хранится (с погрешностью не более 0,25% за время хранения 20 мин) пиковым детектором 48 в виде уровня напряжения 0 6(фиг.2). Два способа вывода информации об измеряемом параметре расширяют функциональные возможности прибора, в частности, об805207

10 легчают автоматиз ацию допусков ого контроля генераторов ПН по величине коэффициента нелинейности.

По окончании коммутирующего импульса генератор 35 возвращается в исходное состояние, ключ 26 вновь замыкается и выходное напряжение 012 интегратора 25 падает до нуля (фиг.2)

Положительным перепадом напряжения

0 0 с выхода генератора 35 замыкается также ключ 36 с импульсным управлением на время, достаточное для полного разряда запоминающего конденсатора пикового детектора 24. Напряжение О последнего уменьшается до нуля, причем в момент сравнения

0 (с) с напряжением U опорного источника срабатывает компаратор 31 и сигналом с его выхода возвращаются в исходное состояние первый триггер и элемент И-НЕ 32. При этом восстанавливается блокировка генератора коммутирующих импульсов 35.

Отмеченные выше особенности построения функциональной схемы измерителя нелинейных импульсов ПН придают прибору более высокое быстродействие, так как для определения КН используется только один период контролируемого пилообразного напряжения. Как видно из диаграмм (фиг.2) время установления показания прибора равно Тп e: с с4. В известных устройствах это время занимает, примерно 5 с и определяется необходимостью эффективного сглаживания в индикаторе импульсов напряжения,с выхода ключа-модулятора для выделения их постоянной составляющей.

Формула и з обрет е ния

Измеритель нелинейности импульсов пилообразного напряжения, содержащий индикатор, источник опорного напряжения, две дифференцирующих цепи, входами соединенные с одним входом измерителя, выход первой из которых черех усилитель-ограничитель подключен к входу буферного каскада, а выход второй дифференцирующей цепи через последовательно соединенные усилитель, первый пиковый детектор, интегратор с разрядным ключом подключен к одному из входов компаратора, и два стробирующих каскада, входами соединенные с вторым входом измерителя, каждый из которых выполнен в виде последовательно соединенных регулируемой временной задержки и формирователя строб-импульса, при этом выходы стробирующих каскадов подключены к соответствую5

t5

2О

$0

55 щим управляющим входам двух ключей, входы каждого из которых соединены с выходом буферного каскада, а выход каждого из ключей через пиковый детектор подключен к соответствующему входу элемента вычитания, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения быстродействия в него введены пять элементов И-НЕ, конденсатор, резистор, генератор коммутирующих импульсов, формиронатель, измеритель временных интервалов, второй компаратор, повторитель абсолютного значения напряжения, третий ключ, второй интегратор с разрядным ключом, четвертый пиковый детектор, выходом соединенный с входом индикатора, а входом — c выходом нторого интегратора с разрядным ключом, управляющий вход которого через формирователь соединен с выходом первого элемента И-НЕ и с одним из входов второго элемента И-НЕ, второй вход которого подключен к первым выводам резистора и конденсатора, à его выход соединен с вторым выводом резистора, с входом измерителя временных интервалов и с первым входом первого элемента И-НЕ, вторым входом соединенного с выходом упомянутого компаратора, второй вход которого через повторитель абсолютного значения напряжения подключен к выходу элемента вычитания, а третий вход упомянутого элемента И-НЕ соединен с первым входом третьего элемента И-HE с первым входом четвертого элемента И-НЕ и с выходом второго компаратора, один из входов которого соединен с выходом источника опорного напряжения, а второй его вход— с выходом первого пикового детектора и входом третьего ключа, выход которого подключен к корпусу измерителя, а управляющий вход третьего ключа соединен с управляющим входом интегратора с разрядным ключом, с вторым выводом конденсатора и с выходом генератора коммутирующих импульсов, вход которого подключен к выходу пятого элемента И-НЕ и к второму входу четвертого элемента

И-НЕ, ныход которого соединен с одним из входов пятого элемента И-НЕ, а его второй вход через третий элемент И-НЕ соединен с вторым входом измерителя.

Источники информации., принятые во внимание при экспертизе

1. Одиноков Ф.Ф. Измеритель нелинейности пилообразного напряжения.—

"Измерительная. техника", 1974, 9 9, с. 74-76.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке Р 2600361/18-21, кл. G 01 R 29/02, 06.04.78 (прототип).

805207

У

Ug

Уу

Ъ

УЦ

Составитель Л. Муранов

Редактор М. Недолуженко Техред A.t àâêà Корректор H. Швыдкая

Заказ 1087 3/67 Тираж 743 Подписное

ВНИИПИ ГосударСтвенного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4