Электрометрический преобразователь заряда

1506368разователь заряда содержит электрометрический усилитель 1, интегрирующий конденсатор 2, аналоговый ключ 3, компенсационный усилитель 4 постоян 5 ного тока, блок 5 слежения-хранения, дополнительный конденсатор 6, высокоомиый резистор 7, делитель напряжения на резисторах 8 и 9, нелинейный резистор 10,.выполненный на двух 1 О встречно-параллельно включенных эмиттерных переходах транзисторов 11 и 12, блок 13 управления, электромеханический предусилитель 14 и операционный усилитель 15. Электрометрическийпредусилитель 14 содержит две комплементарные пары МДП-транзисторов 1619, Такое выполнение предусилителя14 расширяет динамический диапазонвходных сигналов и повышает помехоустойчивость в период начальной установки преобразователя. 1 зи. ф-лы,2 ил.Изобретение относится к электроизмерительной технике,Цель изобретения - повышение помЕхоустойчивости преобразователя поцепям питания,На фиг, 1 приведена функциональная схема преобразователя; на фиг.2 временные диаграммы, поясняющие егоработу. 25Электрометрический преобразователь заряда содержит электрометрический усилитель 1, выход которого соединен с выходом устройства, интегрирующий конденсатор 2, включенный между входом устройства и выходом усилителя 1, аналоговый ключ 3, последовательно соединенные между выходомусилителя 1 и его входом компенсацииусилитель 4 постоянного тока и блок5 слежения-хранения, дополнительныйконденсатор 6, высокоомный резистор7, делитель напряжения на резисторах8 и 9, нелинейный резистор 10, выполненный на двух встречно и параллельно включенных эмиттерных переходах транзисторов 11 и 12, и блок13 управления.Электрометрический усилитель 1 содержит электрометрический предусилитель 14 и операционный усилитель 15.Электрометрический предусилитель 14выполнен в виде интегральной схемы,содержащей две комплементарные парыМДП-транзисторов 16, 17 и 18, 19,исток и подложка транзистора 16 сканалом п-типа соединены с шиной источника положительного напряжения(+Е), исток и подложка транзистора17 с каналом р-типа соединены с ши 55ной источника отрицательного напряжения (-Е). Стоки транзисторов 16 и 17подключены к выходу предусилителя 14и неинвертирующему входу усилителя 15, инвертирующий вход которого соединен с общей шиной, а выход - с выходом усилителя 1. Затворы транзисторов 16, 17 и 18, 19 соединены с входом предусилителя 14 и информационным входом усилителя 1 стоки и истоки транзисторов 18 и 19 объединеныи подключены к входу компенсации предусилителя 14 и соответственно усилителя 1, подложки этих транзисторовподключены соответственно к шинам источников положительного (+Е) и отрицательного (-Е) напряжения,Резистор 7 присоединен между входом устройства и входом усилителя 1.Нелинейный резистор 10 подключен между входом усилителя 1 и выходом делителя напряжения на резисторах 8 и9, к. которому через ключ 3 подключена общая шина, Первый вход этого делителя подключен к общей шине черезконденсатор 6, а второй вход - к выходу усилителя 1. Вход блока 13 подключен к входу "Сброс" устройства,первый выход - к входу управленияблока 5 и к шине разрешения измерения, а второй выход - к входу управления ключа 3,Электрометрический преобразовательзаряда функционирует следующим образом.После подачи питающих напряженийвыходное напряжение электрометрического усилителя 1 имеет некоторый уровень, отличный от нулевого (фиг, 2 а,ффинтервал времени й -1 ), Остаточноевыходное напряжение усилителя 1 обу"словлено напряжением его смещения нуля и набросом заряда на конденсатор2 во время переходного процесса всхеме устройства при поступлении питающих напряжений. До момента времени1 поступления команды "Сброс"5 150636 (фиг, 2 б) на проведение коррекции тока смещения нуля электрометрического усилителя 1 на вход блока 137напряжения 11, и П на выходах послед 13 5 него равны нулю (фиг. 2 в,г). При этом ключ 3 остается замкнутым, а блок 5 находится в режиме хранения. Так как при замкнутом ключе 3 нелиней - ная отрицательная обратная связь, элементами которой являются нелинейный резистор 1 О и резистор 9, разомкнута, то при отсутствии измеряемых входных сигналов изменение выходного напряжения усилителя 1 определяет ся величиной проинтегрированного входного тока устройства, Входной ток, в свою очередь, определяется суммой паразитных токов изоляторов, входным током смещения усилителя 1 и паразит ным током источника сигнала, В момент времени й 1 на первом выходе блока 13, который может быть выполнен, например, в виде двух последовательно включенных одновибраторов, появляется вы сокий уровень напряжения, ключ 3 размыкается до момента времени й. В течение интервала времени Сэ нелинейная отрицательная обратная связь замкнута и происходит разряд интегри рующего конденсатора 2. Остаточное напряжение в конце интервала времениопределяется напряжением запирания эмиттерного перехода одного из транзисторов 11 или 12 (в зависимости от полярности выходного напряжения электрометрического усилителя 1) и составляет 0,3-0,5 В. В момент временинапряжение У принимает низкий2уровень, а напряжение 11, - высокий 40 уровень, ключ 3 замыкается. В течение интервала времени С -1 на управляю 3щий вход блока 5 поступает сигнал высокого уровня, блок 5 находится в режиме слежения. Выходное напряжение 45 усилителя 1 усиливается усилителем 4 и через блок 5 поступает на вход компенсации усилителя 1, Так как сопротивление утечки между затворами МДП- транзисторов 18 и 19 составляет де сятки и сотни гигаом, то выходное напряжение 11 (фиг, 2 д) преобразуется в ток, величина которого близка величине входного гока усилителя 1 и противоположна ему по знаку. К концу интервала времени 1 -1выходное напряжение усилителя 1 становится близким к нулевому уровню. Его величина не равна нулю за счет ошибки статизма вследствие конечной величины коэффициента усиления усилителя4 и за счет наличия напряжения смещения нуля усилителя 4, Однако приэтом. результирующий входной ток усилителя 1 уменьшается в 10 -10 з раэ,2В момент времени4 напряжение П 1принимает низкий уровень, а блок 5переходит в режим хранения и хранитвеличину напряжения компенсации, которое в режиме измерения поступаетна компенсационный вход усилителя 1,В момент временина вход элек 5трометрического преобразователя заряда поступает сигнал(фиг. 2 е),например, с выхода пьезокварцевогодатчика давления, который преобразуется в ток, интегрируемый конденсатором 2. Выходное напряжение Ц, усилителя 1 пропорционально уровню входного сигнала и имеет противоположныйему знак, После преобразования входного сигнала, перед очередным измерением, проводятся повторный сбросинтегрирующего конденсатора 2 и компенсация тока смещения преобразователя заряда. При возникновении перегрузок, т,е, в моменты времени, когда выходной каскад усилителя 1 насыщается и нарушается цепь отрицательной обратной связи, входное напряжение предусилителя 14 ограничивается на уровне отпирания эмиттерногоперехода одного из транзисторов 11нли 12, т,е, на уровне 0,6-0,7 В,так как ключ 3 замкнут, Таким образом достигается надежная защитапредусилителя 14 от перегрузок повходу,Благодаря введению резистора 7с сопротивлением К выходной сигналустройства через интегрирующий конденсатор 2 и резистор 7 поступаетна вход предусилителя 14 и ослабляется в Б раэ, где И=В 1/КВ, - сопротивление нелинейного резистора1 О, причем к является нелинейнойфункцией приложенного напряжения(чем больше это напряжение, тем меньше величина Ко). Если выбрать соотношение И таким, чтобы напряженияотпирания р-п-переходов транзисторов 11 и 12 соответствовали (или незначительно их превышали) уровнямвходных сигналов, при которых происходит насыщение выходного каскадаоперационного усилителя 15, то после исчезНовения помехи, выходиое на 1 506.3688пряжение устройства равно начальномууровню, Таким образом, введение резистора 7 позволяет повысить помехоустойчивость электрометрическогопреобразователя,Введение конденсатора 6 позволяет уменьшить амплитуду импульсныхпомех, поступающих с выхода усилителя 15, а также повысить устойчивость контура регулирования, включающего усилитель 1, делитель напряжения, выполненный на резисторах 8 и9, и нелинейный резистор 10.Выполнение предусилителя в видекомплементарной пары позволяет расширить динамический диапазон входныхсигналов (т.е, расширить линейныйучасток работы предусилителя) и повысить помехоустойчивость в период начальной установки преобразователя,Фо рмула из обретения1, Электрометрический преобразова тель заряда, содержащий электрометрический усилитель, выход которого подключен к выходу преобразователя и второй обкладке интегрирующего конденсатора, первая обкладка которого соединена с входом преобразователя, с выходом электрометрического усилителя соединен вход усилителя постоянного тока, выход которого подключен к входу блока слежения-хранения, вход35 управления которого соединен с первым выходом блока управления, второй выход которого подключен к входу управления аналогового ключа, а вход - к входу Сброс преобразователя, де литель напряжения, выход которого через нелинейный резистор соединен с информационным входом электрометрического усилителя, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения по- ,45 мехоустойчивости,преобразователя по цепям питания, в него введены резис тор и дополнительный конденсатор, аэлектрометрический усилитель снабженвходом компенсации, который соединенс выходом блока слежения-хранения,резистор включен между входом преобразователя и входом электрометрического усилителя, конденсатор включен между первым входом делителя напряженияи общей шиной преобразователя, второй вход делителя напряжения соединенс выходом электрометрического усилителя, а выход через аналоговый ключсоединен с общей шиной преобразователя2, Преобразователь заряда по п, 1,о т л и ч а ю щ и й с я тем, чтоэлектрометрический усилитель выполненна электрометрическом предусилителеи операционном усилителе, причемэлектрометрический предусилитель выполнен в виде интегральной схемы,содержащей две комплементарные парыМДП-транзисторов, исток и подложкатранзистора с каналом и-типа первойпары соединены с шиной источника положительного напряжения, исток и подложка транзистора с каналом р-типапервой пары соединены с шиной источника отрицательного напряжения, стоки транзисторов первой пары подключены к неинвертирующему входу операционного усилителя, инвертирующийвход которого соединен с общей шиной преобразователя, а выхрд - к выходу электрометрического усилителя,затворы транзисторов первой и второйпар соединены с информационным входом электрометрического усилителя,стоки и истоки транзисторов с каналами и- и р-типов второй пары объединены и подключены к входу компенсации электрометрического усилителя,подложки этих транзисторов подключены соответственно к шинам источниковположительного и отрицательного напряжения,каз 5424/46 Тирак 7 Подписное НИИПИ су роизводственно-издательский комбинат "Патент", гуагород, ул. Гагарина,ОросЮ ственного комитета п 113035, Москва, Ж изобретениям и открытиям при ГКНТ СС Раушская наб д. 4/5