Устройство измерения времени установления выходного напряжения операционного усилителя

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 119) (11) 1)4 С 01 К 29/ ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ 24-21 Вюл.ий филиалго инстит осковскогоа ии и К,Н 7 (088,8 Операци1982,н.;ые ус гл9, тво ССС 9/02,21 идетель С 01 К 3,МЕНИ НИЯ спольей мпульУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(54) УСТРОЙСТВО ИЗМЕРЕНИЯ ВР УСТАНОВЛЕНИЯ ВЫХОДНОГО НАПРЯ ОПЕРАЦИОННОГО УСИЛИТЕЛЯ (57) Изобретение может быть зовано в аппаратуре контроля метров операционных усилител ройство содержит генератор 1 сов возбуждения, резистивныи делитель, включающий резисторы 3 и 4 идиоды 5, 6, измерительный усилитель7, измеритель 8 временных интерваловкомпаратор 9 и цифроаналоговый преобразователь 23. Введение генератора1 О, логических вентилей 11, 12, 19и 20, счетчиков 13;,14, 17 и 22, К 8 триггеров 15 и 16, ждущего мультивибратора 18, элемента 21 задержки икодонаборников 24-27 повышает помехоустойчивость и точность измерениявремени установления выходного напряжения операционного усилителя 2, Вописании приведен пример реализациигенератора 10, состоящего из элемента 29 задержки логического вентиля30 и генератора 28, 1 з.п. ф-лы,213688Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в аппаратуре контроля параметров операционных усилителей.Целью изобретения является повыЬ шение помехоустойчивости и точности измерения времени установления выходного напряжения операционного усилителя.10На фиг,1 представлена структурная схема устройства измерения времени установления выходного напряжения операционного усилителя; на фиг.2 временная диаграмма, поясняющая Работу устройства.Устройство измерения времени установления выходного напряжения операционного усилителя (фиг.1) содержит задающий генератор 1 импульсов возбуждения, исследуемый операционный усилитель (ОУ) 2, резистивный делитель из резисторов 3 и 4, два ограничительных диода 5 и 6, измерительный усилитель 1, измеритель 8 временных 25 интервалов, компаратор 9 напряжения, дополнительный генератор 10, первый 11 и второй 12 логические вентили, первый 13 и второй 14 счетчики, первый 15 и второй 16 КБ-триг- ЗО геры, третий счетчик 11, ждущий мультивибратор 18, третий 19 и четвертый 20 логические вентили, элемент 21 задержки, четвертый счетчик 22, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 23, четыре кодонаборника 24-27,35Шина Пуск соединена с управляющим входом четвертого счетчика 22 и входом задающего генератора 1, выход которого соединен с входом до полнительного генератора 10 и инвертирующим входом исследуемого ОУ 2, охваченного отрицательной обратной связью по неиннертирующему входу, выход ОУ 2 соединен с первым входом 45 резистора 3, выход которого соединен с входом резистора 4, диодов 5 и 6 и входом измерительного усилителя 7, выход которого соединен с входом измерителя 8 временных интерналов и первым входом компаратора 9, второй вход которого соединен с общей шиной, прямой выход компаратора 9 соединен с первым входом вентиля 11, инверсный выход компаратора 9 соединен с первым входом вентиля 12, второй вход которого соединен с выходом дополнительного генератора 1 О, вычитающим входом третьего счетчика 11 и 202вторым входом вентиля 11, выход которого соединен с вычитающим входом первого счетчика 13, выход перепопнения которого соединен с Я-входом первого триггера 15, выход которого соединен с первым входом вентиля 19, выход которого соединен с суммирующим входом счетчика 22, выход которого соединен с входом ЦАП 23, ныход которого соединен с вторым нходом резистора 4, выход вентиля 12 соединен с вычитающим входом счетчика 14, выход переполнения которого соединен с Б-входом триггера 16, выход которого соединен с первым входом вентиля 20, выход которого соединен с вычитающим входом счетчика 22, выход счетчика 17 соединен с входом ждущего мультивибратора 18, выход которого соединен с вторыми входами вентилей 19 и 20 и входом элемента 21 задержки, выход которого соединен с К-входами триггеров 15 и 16, с управляющими входами счетчиков 13, 14 и 17, выходы кодонаборников 24-27 соединены соответственно с входами параллельной записи счетчиков 13, 14, 17 и 22Дополнительный генератор 10 содержит релаксационный генератор 28,элемент 29 задержки, логический вентиль 30, первый вход которого соединен с входом дополнительного генератора 10 и входом элемента 29 задержки, выход которого соединен с третьимвходом вентиля 30, второй вход которого соединен с выходом релаксационного генератора 28, выход вентиля30 является выходом дополнительногогенератора.Устройство работает следующим образом.По сигналу "Пуск" генератор 1импульсов возбуждения вырабатываетпоследовательность импульсов, период которой должен быть больше удвоенного времени установления выходного напряжения ОУ плюс дополнительноевремя, отводимое на балансировку ОУ(фиг.2 а), Импульсы возбуждения поступают на один из входов ОУ 2, охваченного отрицательной обратной связью, Сигнал с выхода исследуемогоОУ 2 (фиг.2 б) поступает на схему вычитания аналоговых сигналов, выполненную на резистивном делителе, состоящем из резисторов 3 и 4. Для уменьшения перегрузки измерительного1368820 усилителя 7 к средней точке делителя подключены два ограничивающих диода 5 и 6. На второй вывод резистивного делителя подается компенсирую 5 щее напряжение с выхода ЦАП 23, входящего в состав устройства балансировки, Разностный сигнал ц(с) выходного напряжения ОУ 2 Б, и компенсирующего напряжения усиливается измерительным усилителем 7 и подается на вход измерителя 8 временных интервалов, с помощью которого выделяется и измеряется время установления.Компенсирующее напряжение форми руется с помощью устройства балансировки следующим образом.Сигналом нПускн в реверсивный счетчик 22 по входам параллельного ввода (По - Р) с кодонаборника 27 осуществляется установка начального значения кода, соответствующего установившемуся значению Цзаданному ТУ на ОУ. Затем устройство балансировки переводится в следящий ре жим, при котором компенсируются напряжения смещения исследуемого и измерительного ОУ и производится отслеживание за дрейфом этих напряжений. Поскольку следящий режим осу- Зо ществляется в зоне, где шумовая составляющая сигнала ОУ имеет тот же порядок или даже превышает требуемую точность уравновешивания, то следящий режим организуется с использованием принципа статистической обработки, а именно выделения медианы установившегося режима, т;е. такое значение Б с при котором выполняются условия 401, если И с О,О, если аН ъ 0;(а)- установившееся значениевыходного напряжения ОУ;дБ( 1 - установившееся значениеразностного сигнала,т.е. вероятность того, что напряжение на выходе измерительного усилителя 7 после определения Ббольше О, равна вероятности того,что око меньше или равно нулю. Дляорганизации следящего режима со статистической обработкой с кодонаборников 24 и 25 в счетчики 13 и 14 заносится код И/2 + А, а с кодонаборника 26 в счетчик 17 - код Б, число М выбирается из условия требуемого числа усреднений при формировании каждого импульса следящего режима и зависит от уровня шумов данного типа ОУ.Фронтом импульса возбуждения Н эаС пускается дополнительный генератор тактовых импульсов, на выходе кото- рого через задержкус т (фиг2 д) формируются тактовые импульсы, подаваемые на вычитающий вход счетчика 17 и через вентили 11 и 12 на входы счетчиков 13 и 14. Разрешение прохождению сигналов через вентили 11 и 12 обеспечивают сигналы с выходов компаратора 9 (фиг.2 г), для которого справедлива зависимость- 11, если лБ) О,к0, если дц с О,/где Н и 0 - безразмерное значениексигналов на выходах компаратора.Сигнал на выходе счетчика 13 появляется в том случае, если Таким образом, появление сигнала на выходе счетчика 13 соответствует условию РО( 1 с 01 = 1/2 + Д/М, а аналогично появление сигнала на выходе счетчика 14 - условию РН) 031/2 + В/М, Следовательно, отсутствие сигналов на выходе счетчиков 13 и 14 соответствует выполнению условия (2).Сигналы с выхода счетчиков 13 и 14 управляют разрешением прохождения импульсов с выхода ждущего мультивибратора 18 на суммирующий и вычитающий входы реверсивного счетчика 22 (фиг.2 ж). Ждущий мультивибратор 18 запускается импульсом переполнения счетчика 17, который появляется через И импульсов тактового генератора 10 (фиг,2 е). Через элемент 21 задержки осуществляется установка счет5 13 б 8820 чиков 13, 14 и 17 в исходное состоя- ние и последующее формирование очередного импульса режима следящего уравновешивания. Код счетчика 22 преобразуется в напряжение ЦАП 23, которое подается на второй вывод резистивного делителя, Это напряжение, таким образом, отслеживает медиану установившегося значения выходного напряжения ОУ. Для симметричных законов распределения шумовых составляющих сигналов медиана Б ,ранна математическому ожиданию установившегося значения,Необходимость повышения точности выделения разностного сигнала,г 0 = П (г.) где Н,(г.) - выходное напряжение ОУ, связано с тем, что при изменениификсируется момент вхождения в малую зону фиксации от установившегося значения + Г, составляющую от 0,1 до 0,013 от Б , , Причем погрешность выделения этой зоны не должна превышать 107, т.е. требуется точность фиксации уровня сигнала с погрешностью до 0,0012 н наносекундном диапазоне изменения сигналов, что технически нереализуемо. В связи с этим выделяется переменная составляющая и зона1 отсчитывается от нулевого уровня, Однако шумовая составляющая на выходе ОУ не позволяет выделить указанную зону без использования методов статистической обработки. Широкополосность быстродействующих ОУ, для которых собственно время установления и является нормируемым параметром, связана с пропусканием широкого спектра шумов и увеличег 1 ием их уровня.В качестве измерителя временных интервалов может быть использован осциллограф, по которому визуально фиксируется момент вхождения сигнала Б(С) в заданную зону +1 и произ - водится измерение времени установления. Современные программно-управляемые стробоскопические осциллографы позволяют автоматизировать этот процесс. Кодонаборники выполняются в виде набора перемычек на входе счетчиковФормула изобретения1, Устройство измерения времениустановления выходного напряжения 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 операционного усилителя, содержащеегенератор импульсов возбуждения,исследуемый операционный усилитель,резистивный делитель, дна ограничительных диода, измерительный усилитель, измеритель временных интервалов, компаратор напряжения, реверсинный счетчик, цифроаналоговый преобразователь, вход которого соединенс выходом реверсивного счетчика, выход генератора импульсон возбуждениясоединен с инэертирующим входом исследуемого операционного усилителя,охначенного отрицательной обратнойсвязью, выход которого соединен спервым выводом резистинного делителя, к средней точке которого подключены два ограничивающих диода ивход измерительного усилитеяя, выходкоторого соединен с входом измерителя временных интервалов и первымвходом компаратора, второй вход которого соединен с общей шиной, выходцифроаналогового преобразователя соединен с вторым выводом резистинногоделителя, о т л и ч а ю щ е е с ятем, что, с целью поньпцения точностиизмерения и помехоу тойчиности, н него дополнительно введены три счетчика, четыре логических нентиля, дваКЯ-триггера, ждущий мультинибратор,дополнительный генератор импульсон,элемент задержки и четыре кодонаборника, при этом прямой выход компаратора соединен с первым входом первого вентиля, инверсный выход компаратора соединен с первым входом второго вентиля, второй вход которогосоединен с выходом дополнительногогенератора, вычитающим входом третьего счетчика и вторым входом первоговентиля, выход которого соединен свычитающим входом первого счетчика,выход переполнения которого соединен с Б-входом первого триггера, выход которого соединен с первым входом третьего вентиля, выход когорогосоединен с суммирующим входом реверсивного счетчика, вычитающий вход которого соединен с выходом четвертоговентиля, первый вход которого соединен с выходом второго КВ-триггера,Б-вход которого соединен с выходомпереполнения второго счетчика, нычитающий вход которого соединен с выходом второго вентиля, выход переполнения третьего счетчика соединенс входом ждущего мультинибратора, ныие оставитель В.Котовехред И,Попович. едактор И.Шулл ректор С.Шекма акаэ 288/4 Тираж 772 По НИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 35, Москва, Ж, Раушская наб д, писное 1130 4 5 оиэводственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгор оектная,ход которого соединен с вторыми входами третьего и четвертого вентилейи входом элемента задержки, выход которого соединен с Н-входами первогои второго триггеров и с управляющимивходами первого, второго, третьегосчетчиков, управляющий вход реверсивного счетчика соединен с шиной"Пуск" и входом генератора импульсов возбуждения, выход которого соединен с входом дополнительного генератора импульсов, выходы первого,второго, третьего и четвертого кодонаборников соединены соответственнос входами параллельной записи перво 8820 8го, второго и третьего реверсивногосчетчиков.2. Устройство по п.1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что дополни- Втельныи генератор содержит релаксационный генератор, логический вентиль и элемент задержки, вход которого соединен с входом дополнительного генератора и первым входом вентиля, второй вход которого соединенс выходом релаксационного генератора, выход элемента задержки соединенс третьим входом логического, вентиля, выход которого является выходомдополнительного генератора,