Преобразователь длительности импульсов тока в напряжение

ОПИСАН И Е ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ЗО 843 Союз Советских СоциалистическихРеспублик Зависимое от авт. свидетельства Н 031 131 Заявлено 01.Ч 11.1969 ( 1341646/18-2с присоединением заявки-Приоритет Комитет по делом эобретений и открытий при Совете Министров СССР,М ер аявитель ЕОБРАЗОВАТЕЛЪ ДЛИТЕЛЬНОСТИ МПУЛЬСОВ ТОКА В НАПРЯЖЕНИЕ з 30 и лИзобретение может применяться в устройствах автоматики и измерительных устройствах, когда требуется измерить длительность коротких импульсов тока или длительность интервалов времени в пределах от десятых долей наносекунды до сотен наносекунд.Известны преобразователи длительности импульсов тока в напряжение, содержащие интегрирующую цепь, резистор, диод с накоплением заряда, одновибратор и усилитель постоянного тока.Недостатки известных преобразователей состоят в том, что они, во-первых, имеют невысокую разрешающую способность (около 10 нсек); во-вторых, величина выходного напряжения зависит от частоты следования преобразуемых импульсов; в-третьих, величина выходного напряжения зависит от параметров всех элементов преобразователя, в том числе интегрирующей цепи.Цель изобретения заключается в том, чтобы повысить стабильность и разрешающую способность преобразователя,Поставленная цель достигается тем, что вход преобразователя соединен с резистором, с диодом с накоплением заряда и входом одновибратора, выход которого через интегрирующую цепь подключен к усилителю постоянного тока, выход усилителя соединен с другим концом резистора и другим электродом диода с накоплением заряда. На фиг. 1 изображена функциональная схема преобразователя длительности импульсовтока в напряжение; на фиг. 2 показан принцип действия диода с накоплением заряда; на5 фиг, 3 - пример конкретной реализации преобразователя длительности импульсов тока внапряжение,Преобразователь состоит из одновпбратора1, интегрирующей цепи 2, усилителя т постоян 0 ного тока, соединенных последовательно. Выход усилителя постоянного тока (УПТ) нагружен на цепочку, состоящую из последовательно соединенных резистора 4 и диода 5 с накоплением заряда (ДНЗ), Общая точка сое 5 динения резистора и ДНЗ является входомсхемы и, кроме того, соединена со входом одновибратора 1.Известно, что если по диоду с накоплениемзаряда (ДНЗ) протекает ток в прямом на 20 правлении т,р, то на диоде выделится прямоепадение напряжения величиной в десятые доливольта. Если направление тока через диодмгновенно изменить на обратное (т 0 пр), тоблагодаря заряду, накопленному в базе, диод25 будет в течение некоторого времени пропускать ток в обратном направлении, при этомнапряжение на диоде практически не изменится. После того как произойдет рассасываниеаряда, сопротивление диода в обратном наравлении резко возрастет и на диоде выдеится напряжение в обратном направлении,15 20 Время рассасывания (1 на фиг. 2) тем больше, чем больше величина тока ,р и чем меньше обр, и определяется выражением:1 тр 1 п 1+где т - время жизни неосновных носителейв базе ДНЗ.Схема преобразователя (см. фиг. 1) работает следующим образом.Когда на вход приходят одинаковые импульсы тока, следующие с каким-то интервалом, то первый импульс тока создает на диоде (ДНЗ) 5 отрицательный импульс напряжения, от которого запускается одновибратор 1. Отрицательный импульс с выхода одновибратора подается на вход интегрирующей цепочки 2. На выходе интегрирующей цепочки появляется напряжение, которое подается на вход усилителя (УПТ) 3. Усилитель инвертирует полярность отрицательного входного напряжения и усиливает его, Поскольку выход УПТ соединен с цепочкой, состоящей из резистора 4 и диода б, по последнему потечет некоторый ток в прямом направлении.Второй входной импульс тока также запустит одновибратор 1, но с некоторой задержкой на рассасывание, так как во время рассасывания диод б практически шунтирует входной импульс тока. Второе срабатывание одновибратора вызывает дальнейшее возрастание напряжения на входе усилителя 3 и тока через диод б. Поскольку амплитуда входных импульсов тока постоянна, то время рассасывания в базе диода б тем больше, чем больший ток протекал по нему в прямом направлении, т. е. чем больше напряжение на выходе УПТ.Когда напряжение на выходе усилителя 3 возрастет настолько, что длительность рассасывания будет равна длительности входного импульса, то очередной входной импульс будет полностью шунтирован диодом б, вследствие чего одновибратор не запустится. За счет разряда напряжение на выходе усилителя 3 уменьшится, следовательно, уменьшится и прямой ток через диод б. Когда этот ток уменьшится настолько, что время рассасывания будет меньше, чем длительность входного импульса, одновибратор 1 снова запустится под действием очередного входного импульса. Таким образом, установится режим динамического равновесия, в процессе которого запуск одновибратора приводит к увеличению прямого тока через диод б, но, с другой стороны, увеличение тока через диод прекращает запуск одновибратора, При этом на выходе усилителя 3 установится напряжение, величина которого зависит от длительности входных импульсов тока и не зависит от параметров одновибратора, интегрирующей цепи и усилителя 3, По ДНЗ в прямом направлении будет протекать ток 1,р, который согласно приведенной формуле при данных значениях тр и моор зависит только от длительности входных им 25 30 35 40 45 50 55 60 65 пульсов 1 и не зависит от параметров всех остальных элементов. Вольтметр б (фиг, 1) по. казывает выходное напряжение, которое вы. деляется на резисторе 4 при протекании по нему тока 1 пр.Масштаб преобразования можно менять практически в любых пределах, в зависимости от выбора величины сопротивления резистора 4. Большая чувствительность преобразователя сочетается с высокой разрешающей способностью и высокой точностью преобразования. Частота входных импульсов тока должна быть не менее какого-то порогового значения, причем изменение частоты в широких пределах выше порогового значения не влияет на величину выходного напряжения. Величина порогового значения частоты зависит от параметров одновибратора, интегрирующей цепи и УПТ и может быть установлена в любых пределах от десятков герц до нескольких мегагерц. На фиг. 3 показан пример конкретной реализации предлагаемого преобразователя длительности импульсов тока в напряжение с раскрытием принципиальной электрической схемы. На схеме одноименными цифрами показаны те же узлы и детали, что и на фиг. 1.В качестве диода с накоплением заряда используется диод типа И 401, который обладает ярко выраженными свойствами накопления заряда. Одновибратор 1 для повышения чувствительности выполнен на туннельном диоде 7 и содержит времязадающую индуктивность 8 и нагрузочный резистор 9. Диод 10 на входе одновибратора включен во избежание обратного влияния одновибратора на режим работы диода б. Эмиттерный повторитель 11 на выходе одновибратора включен для увеличения мощности выходного импульса.Интегрирующая цепь 2 состоит из конденсатора 12 и резистора 13. Усилитель 3 постоянного тока выполнен на транзисторах 14, 15, 1 б, Интегрирующий конденсатор 12 стоит на входе транзистора 14, включенного по схеме с общим эмиттером. Транзистор 14 выполняет не только функцию усиления, но и инвертирования. Резистор 13 создает ток, который заряжает конденсатор и стремится ввести транзистор 14 в насыщение, а одновибратор в момент срабатывания стремится разрядить конденсатор и закрыть транзистор. Конденсатор 17 в коллекторной цепи транзистора 14 усиливает интегрирующие свойства усилителя. Выходом УПТ является эмиттерный вывод транзистора 1 б, который через резистор 4 связан с диодом 5. Измерительный прибор б можно включить либо вольтметром параллельно резистору 4 (как на фиг. 3), либо в виде миллиамперметра последовательно с резистором 4. Меняя величину сопротивления переменного резистора 4, можно плавно менять напряжение на выходе при одной и той же длительностивходных импульсов, т. е. менять коэффициент преобразования.Для диода типа 1 А 401 параметр т может быть в пределах 150 - 300 нсек. Расчеты показывают, что приведенная формула представляет собой с большой точностью линейную зависимость между 1 и ч если 1 в несколько раз меньше т. Таким образом, если дительность преобразуемых импульсов находится в пределах 0 - 50 нсек, то зависимость между длительностью входных импульсов и выходным напряжением (током) можно считать линейной.Чем короче импульсы, тем ближе эта зависимость к линейной,Предмет изобретения Преобразователь длительности импульсовтока в напряжение, содержащий интегрирую щую цепь, резистор, диод с накоплением заряда, одновибратор и усилитель постоянного тока, отличающийся тем, что, с целью повышения стабильности и разрешающей способности преобразователя, его вход соединен со вхо дом одновибратора, подключенного через интегрирующую цепь ко входу усилителя по.стоянного тока, один выход которого соединен со входом одновибратора через резистор, а другой выход - через диод с накоплением за ряда., Сапунова,Заказ 1370/16 Изд.619ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и отМосква, Ж, Раушска