Устройство измерения времени установления выходного напряжения операционных усилителей

ВИДЕТЕПЬСТ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(56) Достал И. Операционные усилители. М.: Мир, 1982, с. 318.Авторское свидетельство СССР Н 1126898, кл. С 01 К 29/02, 1986. (54) УСТРОЙСТВО ИЗМЕРЕНИЯ ВРЕМЕНИ УСТАНОВЛЕНИЯ ВЫХОДНОГО НАПРЯЖЕНИЯ ОПЕРАЦИОННЫХ УСИЛИТЕЛЕЙ(57) Изобретение служит для повыдения точности измерения времени установления выходного напряжения быстро действующих операционных усилителей. 511 4 С 01 К 31/28, 29/ Устройство содержит генератор 1 импульсов, резистивный делитель 5, ограничивающие диоды Шоттки 8 и 9, измерительный усилитель 10, осциллограф 11, компаратор 12, цифроаналоговый преобразователь 13 и реверсивныйсчетчик 14. Введение формирователя 2зталонного перепада напряжения, схемы 3 регулируемой задержки, реверсивного счетчика 15 и мультиплексора 16обеспечивает синхронную по временикомпенсацию постоянной составляющейвыходного сигнала операционного уси"лителя 4 и, как следствие, увеличениечувствительности измерительного осциллографа. 2 ил.Изобретение относится к измерительной и электронной технике и можетбыть использовано в аппаратуре контроля и измерений параметров быстро 5действующих операционных усилителей(ОУ).Пель изобретения - повышение точности измерения времени установлениявыходного напряжения быстродействующих операционных усилителей за счетсинхронной по времени компенсации постоянной составляющей выходного сигнала операционного усилителя и, какспедствие, увеличение чувствительности измерительного осциллографа,На фиг. изображена структурнаясхема устройства; на фиг.2 - временные диаграммы.Устройство состоит из генератора 20импульсов -".,ирователя 2 перепаданапряжения, схемь. 3 регулируемой задержки, исследуемого операционногоусилителя (ОУ) 4, реэистивного делителя 5 из резисторов 6 и 7, ограничивающих диодов Ьттки 8 и 9, измерительного усилителя 10, осциллограФа 11, компаргтора 12, цифроаналогового преобразователя 13, первого реверсивного с-;етчика 14 второго реверсивного счетчика 15 и мультиплексора16. Второй выход генераторасоединен с входом формирователя 2,выходомподключенного к входу ОУВыход ОУ 4 соединен с первым отводом 35резистивного делителя 5, второй отвод которого подключен к выходу цифроаналогового преобразователя 13 асредний вывод - к входу усилителя 10,который через диоды Шоттки 8 и 9 подкпючен к общей шине. Выход усилителя1 О соединен с первым входом компаратора 12 и первым входом осциллографа 11, вторым входом подключенного квторому выходу генератора 1. Второй 45вход компаратора 12 подключен к общейшине, а выход - к входам управлениярежимом работы реверсивных счетчиков15 и 14, выходы которых подключенысоответственно к первому и второму 50информационным входам мультиплексора 16, вход управления которого соединен с выходом схемы 3 регулируемойзадержки, а выход - с входом цифроаналогового преобразователя 13. Первый и третий выходы генератораимпульсов 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 генератораи выходе схемы 3 задержки напряженияи 1 имеют уровень лог. "1(ТТЛ-уровень). Этому соответствуют положительные напряжения 0 на выходе формирователя 2 и П + Б - на выходе ОУ 4, где Б - смещение нуля на выходе ОУ 4:= КБ.(К- коэффициент передачи ОУ 4). В мультиплексоре 16 при едияичном логическом уровне Б на входе управления включен второй вход (канал В) и в соответствии с выходным кодом счетчика 14 на вьгходе преобразователя 13 установлен уровень отрицательного напряжения Б, по модулюо незначительно отличающийся от Б+П. Результирующее напряжение Бв на сред. нем выводе делителя 5 определяется выражениемП, =- К,(П + Ц,) - К,П2,.+ КК К,Е - сопротивления резисторов 6и 7,В выражении для 11 предполагается, что входное сопротивление усилителя и сопротивление закрытых диодов6 и 7 при 11 д(с Б намного больше Е,Е, Б. - напряжение отпирания диодов 8 и 9.Выходное напряжение усилителя 10имеет значение7 К 4( Я 8)где К,- коэффициент передачи инапряженке смещения уси лителя 1 О.На интервале времени й,-когца положительное выходное напряжение ОУ 4 заведомо установилось (имеет не изменяющееся значение), на первом вы ходе генератора 1 формируется пачка импульсов в ТТЛ-уровнях напряжения Пд, в соответствии с которой выходной код счетчика 14, а следователь"50 но, и выходное напряжение Б 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."0", при этом выходное напряжение 09 усилителя 10, которое подается на первый вход осциллографа 11, близко к нулевому О уровню. Для установления напряжения П около нуля может быть использова 9но несколько периодов измерения, а точнее несколько пачек импульсов напряжения Б . Усилитель О, компара тор 2, счетчик 14, мультиплексор 16, преобразователь 13 и резистор 7 образуют первую цепь следящего уравновешивания, которая работает в соот" ветствии с импульсами на первом выхо де генератора 1. Точность поддержания напряжения 09 около нулевого уровня определяется точностью компаратора 12 и цифроаналогового преобразователя 13 (разрядностью преобразова теля или точнее значением кванта ДП, который определяетсяП аксе Ф2" фгде 0 ц - полный размах выходногонапряжения преобразоватеЛЯ0 - разрядность.При нулевых логических уровнях (ТТЛ) напряжений Б, и 0 на втором выходе генератора 1 и выходе схемы 3 задержки на выходах формирователя 2 и ОУ 4 отрицательные напряжения Б и П + 11, 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 05, незначительно ото личающийся от модуля 10 + Б 9. Ре эультирующее напряжение Б 8 на среднем выводе делителя определяется как и раньше выражениемЗ 2( 3 9 99 4( зНа интервале времени 9-4, когда отрицательное выходное найряжение ОУ 4 заведомо установилось, на третьем выходе генератора 1 формируется пачка импульсов в ТТЛ-уровнях напряжения 09, в соответствии с которой выходной код счетчика 15, а следовательно, и выходное напряжение 05 преобразователя 13 изменяются в сторону увеличеВ ния или уменьшения до тех пор, пока выхддное напряжение коипаратора 12, управляющее режимом работы счетчика 15, не примет значение лог. 0, при этом выходное напряжение О усилителя 10,которое подается на первый вход осциллографа 11, близко к нулевому уровню. Для установления напря жения 0 около нуля (при отрицатель 9ном выходном напряжении ОУ 4) может быть использовано несколько пачек импульсов напряжения Б,. Усилитель 1 О, 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 генератораВ моментна втором выходе генератора 1 вырабатывается перепад напряжения 11, от "0" к "1", в ответ на который на выходах формирователя 2 и проверяемого ОУ 4 формируются перепады напряжений Б 2 и Б от отрицательных уровней к положительным, при этом выполняются условия:2 ст( ---- Збс(рб3Г Е 21( -22 уст9 фт1ГДЕ , т-,б;, Е, Ит 2 ф времена и относительные погрешности установления напряжений, допустимые отклонения напряжений от установившихся уровней на выходе Формирователя 2 и ОУ 4 (значения установив- ШИХСЯ НаПряжЕНПЪ 02,.т И 09,. ОтСЧИ- тываются от исходных отрицательных уровней, т.е. погрешности Я б определены относительно размахов выходных напряжений формирователя 2 и ОУ 4).С некоторым опережением по отношению к моменту 1 . на четвертом вы 5ходе генератора 1 вырабатывается перепад напряжений от 0 к 1, в ответ на который на выходе схемы 3 задержки вырабатывается перепад напряжения Б 4 от "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 16) на выходвремени установления ОУ 4 - моментперепада напряжения 11 на втором выходе генератора 1 от "0" к "1". По осциллографу 11 определяется интервал времени от момента отсчета до установления напряжения П относительно нуля с заданной погрешностью Е,из которого с учетом задержек в формирователе 2, делителе 5, усилителе 1 О находится время установления ОУ 4. При определении момента установления напряжения О необходимо учитывать соотношение погрешности установления Е напряжения Б и за 9 данной погрешности установления Е выходного напряжения Б ОУ 4, связан-.- К хКх Формула изобретения Устройство измерения времени установления выходного напряжения операционных усилителей, содержащее генератор импульсов, реэистивный делитель, ограничивающие первый и второй диоды Шоттки, измерительный усили" тель, осциплограф, компаратор, первый ревеосивный счетчик, цифроаналоговый преобразователь, выход которого соединен с первым выводом резистивного делителя, второй вывод которого соединен с первой клеммой дляподключения исследуемого объекта,средний вывод реэистивного делителясоединен с катодом первого, анодомвторого ограничивающего диода Шоттки и входом измерительного усилителя,вторые выводы ограничивающих диодовШоттки соединены с общей шиной устройства, выход измерительного усилителя соедийен с входом осциллографа и первым входом компаратора, второй вход которого соединен с общей шиной устройства, а выход - с входом управления режимом работы первого реверсивного счетчика, синхровход которого 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, схема регулируемой задержки, второй реверсивный счетчик, мультиплексор, причем второй выход генератора импульсов соединен с вторым входом осЭ циллографа и входом формирователя 5 144339 счетчика 15 (первый вход мультиплексора 16). В соответствии с изменени,ем кода на входе преобразователя 13 формируется перепад напряжения Б5 от положительного уровня к отрицательному, противоположный к перепаду Б выходного напряжения ОУ 4. Дляперепада напряжения П на выходе преобразователя характерно следующее:Й г исгй 3 Б сД(53 зст ф ъ- гф 9Г115 стгде .д, Е- времй и относительная погрешность установления напряжения, допустимое отклонение напряжения Б от установившегося значе- ных формулой ния выходного напряжения Ц преобразователя 13. 20Как результат сложения перепадов напряжений О 9 и Б на среднем выводе резистивного делителя 5 вырабатывается разностное напряжение Б . Схема 3 задержки регулируется до совпадения 25 средних точек фронтов (уровень 0,5от размаха перепада) перепадов напря" жений П и Б (момент 1), при этом напряжение Б 9 имеет форму двух коротких выбросов противоположной поляр ности. После отрицательного выброса наблюдается процесс установления напряжения П относительно установившегося уровня. Переходному процессу напряжения П 8 соответствует переходный процесс относительно нуля напряжения П 9 на выходе усилителя 10, которое подается на первый вход осциллографа 11,по которому фиксируется установление напряжения Б с задан9ной погрешностью.На практике схема 3 задержки регулируется до момента,когда выбросы напряжения 119 на выходе усилителя будут иметь равную амплитуду. м 45Размах напряжения Б 9 на выходеусилителя 10 100- 50 мВ/дел и еговремя установления с заданной погрешностью установления может быть изме-. рено предварительно непосредственно 50 с помощью осциллографа 11.Начальный момент отсчета времени установления ОУ 4 определяется повторому входу осциллографа 11, подключенному к второму выходу генера тора 1, По первому входу осциллографа 1 установлен коэффициент отклонения 10-20 мВ/дел и он работает без перегрузки. Начальный момент отсчета1441339 ставитель В.Драчевхред А.1(равчук М.Петров орректор С. Шекмар е Тираж 772 ВНИИПИ Государственного по делам изобретений 113035, Москва, Ж, РаушЗаказ 6284/ Подписн омитета СССР открытий ая наб., д.Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул, Проектная эталонного перепада напряжения, выходкоторого соединен с второй клеммойдля подключения исследуемого объекта,третий выход генератора импульсовсоединен с синхровходом второго реверсивного счетчика, вход управлениярежимом которого соединен с выходомкомпаратора, а информационный выходвторого реверсивного счетчика соединен с первым информационным входом мультиплексора, второй информационный вход которого соединен с информационным выходом первого реверсивногосчетчика, вход управления мультиплексора соединен с выходом схемы регулируемой задержки, а выход соединенс входом цифроаналогового преобразователя, вход схемы регулируемой задержки соединен с четвертым выходомгенератора импульсов.