Устройство регистрации пикового значения импульсов

Союз Советских Социалистических Республик(51)М. К . Н 03 К 5/22 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий(71) Заявитель Физико-технический институт низких температур АН Украинской ССР(54) УСТРОЙСТВО РЕГИСТРАЦИИ ПИКОВОГО ЗНАЧЕНИЯИМПУЛЬСОВ Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в приборах для регистрации быстропротекающих процессов, в частности, в масс-спектрометрах для изучения и кон троля распределения по высоте состава атмосферы Земли и других планет с борта ракет или других летательных аппаратов.Известен пиковый детектор-экстрематор, содержащий последовательно включенные операционный усилитель, диодно-емкостную запоминающую ячейку, разрядный ключ, причем выход запоминающей ячейки через истоковый 15 повторитель соединен с инвертирующим входом операционного усилителя, который через дифференцирующую цепочку подключен ко входу спускового устройства 11 20Недостатком этого устройства является его низкая помехозащищенность. При запоминании сигнала, промодулированного помехой, пиковый детекторэкстрематор формирует сигнал, вре менное положение которого соответствует каждому ложному экструмуму переднего фронта полезного сигнала. Следовательно, момент начала иэмерения амплитуды сигнала соответствует ЗО не максимуму полезного сигнала, а первому экстремуму Фоновой составляющей. Следовательно, при заданном времени измерения, определяемом быст - родействием регистрирующего устройства, время между положением максимума сигнала и моментом конца измерения изменяется в зависимости от наличия фоновой составляющей, что приводит к погрешности в измерениях.Известно устройство регистрации пикового значения импульсов, содержащее фиксатор амплитуды, состоящий иэ последовательно соединенных операционного усилителя, диодно-емкостной запоминающей ячейки, разрядного ключа, резистора Г 2Недостатком известного устройства является низкая помехоустойчивость, а, следовательно, и ограниченный динамический диапазон запоминающих сигналов, определяемый амплитудой фоновой составляющеи.Цель изобретения - повышение помехоустойчивости и расширение динамического диапазона регистрируемых сигналов.Для достижения указанной цели в устройство регистрации пикового значения импульсов, содержащее фиксатор,ц.1 ц 1;фйсостопщц н и з последовательно соединенных операционного усилителя, диодно-емкостной запоминающей ячейки, разрядного ключа, включенного параллельно конденсатору диодно-емкостной запоминающей ячейки, и резистора, включенного между выходом фиксатора амплитуды и иннерти - рующим входом операционного усилителя, введены дифференциатор, диод, ждущий мутильвибратор, резисторы, конденсатор и два дополнительных ключа, причем ныход операционного усилителя через последовательно соединенные дифференциатор, диод, ждущий мультивибратор и конденсатор подключен к управляющему входу разрядного ключа, параллельно входу которого подключен первый дополнительный ключ, управляющий вход которого через резистор соединен с выходом дифференциатора и через нторой дополнительный ключ - с входом ждущего мультивибратора, при этом управляющий вход второго дополнительного ключа через резистор соединен с общей шиной.На фиг. 1 изображена принципиальцал схема устройства, на фиг. 2 диаграммы, поясняющие его работу.Устройство содержит операционный усилитель 1, к выходу которого подключена диодцо-емкостная запоминающая ячейка, состоящая из диода 2, и конденсатора 3, разрядный ключ 4, резистор 5 обратной связи, соединяющий выход запоминающего устройства с ицвертирующим входом операционного усилителя 1. Между выходом операционного усилителя и управляющим входом разрядного ключа 4 последонательцо включены.дифференциатор б, диод 7, ждущий мультивибратор 8, конденсатор 9. Параллельно управляющему входу разрядного ключа 4 подключен первый дополнительный ключ 10, управляющий вход которого через резистор 11 одновременно соединен с выходом дифференциатора б и через второй дополнительный ключ 12 с входом ждущего мультинибратора 8.Устройство работает следующим образом.В момент времени с . с(фиг. 2) входной сигнал Оотсутствует. Напряжения на выходе операционного усилителя 1 О 4, на конденсаторе 3 О, на выходе дифференциатора О 6 и на входе разрядного ключа 4 О 4 равны нулю. Ждущий мультивибратор 8 находится в устойчивом состоянии и напряжение на его выходе О 8 близко к уровню напряжения источника питания . Ключи 4, 10 и 12 находятся в закрытом состоянии. Рассмотрим работу устройства при подаче на его вход сигнала, в котором отсутствует фоновая составляющая В момент времени с Ъ с к инвертиру,.щему входу операционного усилителя прикладывается напряжение, равноразности входного напряжения О Вхи напряжения ца конденсаторе 3 О,При этом, эа счет большого коэффициента усиления операционного усилителя 1, напряжение на конденсаторе3, с большой степенью точности повторяет входное. После прохождениявходным сигналом экстремального значения в момент времени с = с напряжение ца конденсаторе становится выше входного, диод 2 запирается, разрывая тем самым обратную связь, иусилитель, стремясь сохранить режимповторителя переходит в состояиниенасыщения Он . Это изменение напряжения на выходе усилителя используется для запуска ждущего мультивибратора. Для этого напряжение предварительно дифференцируется и усиливается дифферецциатором б . Отрицательный импульс Об с выхода дифференциатора, соответствующий экстремуму сигнала, через диод 7 переводит ждущиймультинибратор 8 в неустойчивое состояние. Времязадающая цепь мультинибоатора расчитана на длительностьимпульса, равную требуемому временизапоминания пика, По окончании импульса мультивибратора О 8, что соответствует нремеци с = с 4, положительный перепад напряжения с еговыхода, продифференцироваццый цепью,состоящей из конденсатора 9 и входного сопротивления ключа 4 О 4, открывает разрядный ключ 4 и тем самымобеспечивает разряд конденсатора 3.В таком состоянии устройство находится до прихода следующего импульса,В реальных условиях, вследствие воздейстния различных факторов (пульсации питающих напряжений, флуктуа ции потока ионов ца выходе анализатора масс-спектрометра и др.), импульсы на входе устройства регистрации промодулиронаны помехой, амплитуда которой тем больше, чем выше уровень сигнала и крутизна его фронтов, Каждому экстремальному значению напряжения помехи соответствует отрицательный перепад напряжения О на выходе усилителя 1. Первый скачок напряжения, соответствующий моменту времени с переводит ждущий мульти 1вибратор.в неустойчивое состояние. В момент времени с , когда напряжение О снова становится равным напряжейию на конденсаторе ячейки памяти, диод 2 отпирается, замыкая обратную связь, и напряжение навыходе усилителя скачкообразно увеличивается до напряжения, равного сумме напряжения Ох и падения напряжения на диоде 2. 5 тот положительный перепад напряжения, пройдя дифференциатор, открывает транзистор ключа 12, Мультивибратор 8 переходит висходное устойчивое состояние, Одновременно сигнал с выхода дифференциатора открывает транзистор ключа 10, шунтируя тем самым вход ключа 4.Таким образом, во время нарастания фронта входного импульса ключ 4 нечувствителен к импульсам, поступающим с выхода мультивибратора, который во время нарастания фронтами импульса 0 вырабатывает импульсы с частотой, равной частоте помехи . После прохождения вершины импульса в момент времени с каждый последующий экстремум по амплитуде меньше напряжения на конденсаторе 3 запоминающей ячейки . Напряжение на выходе усилителя, находящегося в режименасыщения, постоянно и равно ОН. Длительность импульса мультивибратора Т:4- с, а, соответственно, и время запоминания максимума сигнала определяется постоянной времени мультивибратора. Начало отсчета времени запоминания определяется временным положением наибольшего экстремума, т.е, временеми не зависит от наличия фоновой составляющей .Таким образом, предложенное решение, благодаря помехоустойчивости устройства, позволяет получать на выходе импульсы с плоской вершиной, длительность которой не зависит от амплитуды импульсов и наличия помехи. Снижение требований к уровню фоновой составляющей позволяет расширить динамический диапазон регистрируемых сигналов и измерять сигналы, амплитуда которых соизмерима с амплитудой пульсаций. Формула изобретения Устройство регистрации пиковогозначения импульсов, содержащее фиксатор амплитуды, состоящий из последовательно соединенных операционного усилителя, диодно-емкостной запоминающей ячейки, разрядного ключа,включенного параллельно конденсатору диодно-емкостной запоминающейячейки, и резистора, включенного между выходом фиксатора амплитуды и инвертирующим входом операционного усилителя, от л и ч а ю щ е е с я тем,что, с целью повышения помехоустойчивости и расширения динамическогодиапазона регистрируемых сигналов,в него введены дифференциатор, диод,ждущий мультивибратор, резисторы,конденсатор и два дополнительных клю 15 ча, причем выход операционного усилителя через последовательно соединенные дифференциатор, диод, ждущиймультивибратор и конденсатор подключен к управляющему входу разрядногоЩ ключа, параллельно входу которогоподключен первый дополнительный ключ,управляющий вход которого через резистор соединен с выходом дифферен, - .циатора и через второй дополнительный ключ - с входом ждущего мультивибратора, при этом управляющийвход второго дополнительного ключачерез резистор соединен с общей шиной,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Алабужев Ю. А и др. Пиковыйдетектор-экстрематор. -ПТЭ, 1977,Р 3, с. 154. 2. Волков Ю. А. и др. Дискретныйдатчик массовых чисел для цифровойрегистрации масс-спектров.-ПТЭ,1975, Р 2, с. 176 (прототип).40"Пат илиал Тираж 995 ИИПИ Государственн по делам изобрете 3035, Москва, Х