Измеритель амплитуды импульсов

. СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 19 ЕНКЫй КОМИТЕЗОЬРЕТЕНИй ГОСУД ПО ДЕ Т СССР ОТНРЫТИ САНИЕ ИЗ ЕТЕНИ ИДЕТЕЛЬСТВУ АВТОРСКОМ рым г И(56) 1. Авторское свндетвпьство СССРМ 691767, кл О 01 К 19/04, 1979. :,(64)(Д 7) 1. ИЗМЕРИТЕЛЬ АМПЛИТУДЫ ,ИМПУЛЬСОВ по авт.св. М 691767, отпрчающийся тем,что,с , цвпьвуменьшения времени преобразова.р " ннярв него допопннтепьио введены два: . свпектора непрерывности импупьсов, два . . элемента И, бйнс форсированного зарядаа ьпок форсироваНного разряда, причем первый вход первого сепектора непрерывности импупьсов соедннвн с выходом первого стробируемого. одновнбратора, вто-входом второго сенектора непрерыврности импульсов и первым входом первого ,эпемента И, а первый вход второго селектора непрерывности випупьсов соедиюн с выходом второго стробируемого одновибратора, вторым входом первого свпвктора нещерывностН вмпупьсов и пер вым входом второго эпемента И, выход первого сепектора непрерывности щюпупь сов соединен с третьим входом второго : сепектора непрерывности импупьсов и с ; вторым входом первого эпемвнта И, вы, ход которого через бпок форсированного 1 заряда подкпючвн к накопительному кон-денсатору, выход второго сепектора не., прерывности импупьсов соединен с треть " им входом первого сепектора нвпрерыв-ности импупьсов и с вторым входом вто-.рого эпемента И, выход которого через опон Фородрозанного разряда додняючан н и накопитвпьнсму конденсатору. ю а1 О 5301 3 20 2. Измеритепь по п. 1, о т п и ч аю щ и й с я тем, что селектор непрерывности импупьсов выпопнен в виде дешифратора, мупьтиппексора, триггера и счетчика, счетный вход которого является первым входом сепектора непрерывности Импупьсов, вход запрета счетчика соецинен с выходом мупьтиппексора, явпяющимся выходом сепектора непрерывности ащупьсов, а выход - с входом Изобретение относится к эпектроннойизмеритепьной технике и может быть использовано в быстродействующей контрольно-измеритепь ной аппаратуре . дпя измерения и исследования параметров электрических, импульсных сигнапов,По основному авт,св. % 681767,известенизмеритепь амплитуды щдпупьсов, содержащий усипитепь постоянноготока, блок стробироваиия, два стробируемых одновибратора, накопительный конденсатор, одна обкцадка которого соединена с нулевой шиной, а цругая поцсоедйнена к выходам бпоков заряда и разряда, а через согласующий каскад и первыйрезистор - к первому входу усилитепяпостоянного тока, первый вход которогочерез второй и третий резисторы соединен соответственно с выходом инвертора.и через четвертый резистор с вторымвходом усинитепя постоянного тока, выход которого соединен с первыми входами стробируемых одновибраторов, вторыевходы которых соединены с выходом блока стробирования, выход первого стробируемого одновибратора соединен с входом,бпока заряда и с первым входом бцокастробирования, второй вход квторого поцключен к входу бпока разряда и выходувторого стробируемого оцновибратора, авход инвертора поцкпючен к выходу согпасующего каскада 1.Недостатком известного измеритепяамплитуды ащупьсов явпяется бопьшоевремя преобразования амплитуды входного измеряемого согнана, что не позвопяетконтропировать быстрые изменения амппитуды входного сигнапа и ограничиваетвозможность испопьзова ния измеритепяв быстродействующих системах контропяЭто обусповцено мапой вепичиной прирадешифратора, первый и второй выходыкоторого соединены соответственно с пер-.вым и вторым информационными входами мупьтиплексора, адресныйвход которого соединен с выходом триггера,вход сброса которого соединен с входомсброса счетчика и явпяется вторым входом сепектора непрерывности импупьсов,а вход установки триггера явцяется еготретьвю входом. щения напряжения на накопительном конденсаторе за время действия выходных импупьсов стробируемых одновибраторов, увепичение которого с целью уменьшения времени преобразования приводит к увеличению погрешности йреоьразования измерителя.Цепь изобретения - уменьшение времени преобразования амппитуды измеряе. кых сигналов. Поставценная цепь достигается темчто в измеритепь амппитуцы импульсов .допопнительно введены два селекторанепрерывности импупьсов, два элементаИ, бпок форсированного заряда и бпок форсированного разряда, причем первыйвход первого селектора непрерывности импупьсов соединен с выходом первогострооируемого одновибратора, вторым входом второго сепектора непрерывности импульсов и первым входом первого ацемента И, а первый вход второго селектора непрерывности импупьсов соединенс выходом второго стробируемого одновиоратора, вторым входом первого сепектора непрерывности импуцьсов и первым входом второго апемента И, выход первого сепектора непрерывности импупьсов соединен с третьим входом второго сечектора непрерывности импульсов и с вторым входом первого апемента И, выход которого через бпок форсированного заряда подключен к накопитепьному конденсатору, выход второго. сепектора непрерывности,импупьсов соединен с третьим входом первого селектора непрерывности импупьсов и с вторым входомвторого эпемента И, выход которого череэ блок форсированного .разряда поцкпючен к накопительному конценсатору,3 10830134Кроме того, сепектор юпреывноств13 стробировавия юМрритепя. Выкодипульсов содержит аешифратор, мупьти- одновибратора 10 соединен с входом бпоппексор, триггер и счетчик, счетайй ка 14 заряда, вервым запрещающимивкоа которож явпяется первым вкодом. входом блока 12 стробирования, первымсепектора юпрерывности еатупьсов, вВод 5 вкоаом первого сепектора 19 непрерывзапрета счетчика соединен с выкодом, ности ямпупьсов, первым вкодом первогомупьтвцпексора, явпяющиася выкоаомепемента И 21 и с вторым вкодом второсепектора непрерывности иипупьсов, а го сепектора 20 непрерывности юнупьвыкоа - с вкодом дешвфратора, первый сов.и второй выкоды которого соеавюны со, 10 Выкод одновибратора 11 соедвнеи сответственю с первым и вторым инфор вкоаом бпока разряда, вторым эапрещаю 1мацвоннымв вкодамв мупьтвппексора, щим вкодом бока 12 строьирования,адресеай вход которого соедвнен с вы-. первым вкодом второго сепектора 20 находом триггера, вход сброса которого прерывности икпупьсов,. юрвым входомсоединен с входом сброса счетчика В яа 15. вюрого епемента И 22 и с вторым вхопмется вторым входом сецектора непре- дом первого сепактора непрерывностирывности аюпупьсов, а вход установкиимпуцьсов. Выход первого сепектора 19триггера явпяется его третьию вкоавюнепрерывности импупьсов соединен с втоНа фиг. 1,юображена функйионаиь- рым входом первого епемента И 21 и сная схема иэмеритепя амппитуаы вюпуа 20 третьим вкодом второго сецектора вепресов; на фиг. 2 - скема сепектора нв- . Рывности импупьсов. Выход второго се-.прерывности импуцьсов; на фиг. 3 -вектора 20 непрерывности соединен свариант выпопнения блоков форсированю- вторым вкоаом второго епемента И 22го заряда. и форсированного разрядав с третьик вводом первого сепектораИэмеритепь амппвтуды вюпупьсов 25 непрерыввости импупьсов. Выходы перво(фиг,1) содержит первый и второй.вхо- . го и второго епементов И 21 и 22 соеды 1 и 2, иэмеритепя, резистора 38, "аннет соответственно с входом бпоковоперационный усипитепь 9,стробйруемый,23 форсированного заряда и 24 форсвроодновяьратор 10 с высоким вкодвам . ванного разряда. Выходы. бпохов 14 запорочм сраоатывавш, стробвруемыйЗа ряда, 15 разряда, 23 форсвроващвгоодновиьратор 11 с.низкими вкодным ююро заряда в 24 форсврованиого разряда подлом срабатыванвя, бпок 12 строоирова. соединен к наковвтеаьному конденсаторунадь, вкод 13 тробированвя иэмеритепя, 16 и к вкоду согпасующего каскада 17.бпок 14 заряда, бпок 18 разряда, уе-Выкод согпасующего каскада 17 черезкопитепьный конденсатор 16, согпасуюэ-. З резисторы 5 в 7 соедиюн соответственно35щий каскад 17, инвертор 18, первый и . с инвертирующиа входом операционноговторой сепекторы 19 и 20 юпрерыввоо .усипитепя 9 и вврвым вюцом 1 иэмерити вщуньсов, первый 21 в второй 22 тепя ампагсуды Иьщупьсов, а через,ивепементы И, бпок 23 форсированноговертор 18. и резисторы 6 и 8 соответстзаряда, бпок 24 форсированного Разряда. 4 веннр с ювюертирующию вкодом опера- Выход 28 .согпасукщего:каскада явпяет . ционного усипвтепя 9 и вторым вкоаом ся выходом вэмеритепя., 2 юмеритепя.Каждый сепектор 19 в 20 непрерывности ип и в (фвг 2) де вт пер ПеРвый вкод 26 сепестора непрерыв-. вый, второй и третий вкоды 2628 р ности фюпупсов (Фвг.2) .поакпючеч к .счет ампектора, дешифратор 29, мупьтиппексор счетному вкоду счетчика 32, вкоа за триггер 31, счетчвк 32. Выкоа 33 ., прета которого соединен с выкодом муна мупьтюцексора явпяется 3 ыкоаюм сапе твппексора 30 в выкодом 33 селектора. тора непрерывности вмпупьсов. Выкод счетчика 32 соединен с входомдешвфратора 29, первый и второй вмкоаы,Вкоды 1 и 2 иэмеритепя амппитудыкоторого соединены соответственно с импупьсов (фщ. 1) соедвиеша соответст первым и вторым информационными вковенно через. резисторы 3 и 4 с вкоаамв дами мупьтиппексора 30. Адресеай вкоа операционного усипитепя 9. Выкод опера муяьтиппехсора 30 соединен с выкоаом ционного усипитеaя 9 соедиюн с вкодамВ триггера 31, вкод сброса которого соеодновибраторов 10 и 11. Входы строьв аннан с вкодом 1 сброса счетчика 32 и рования одноввбраторов подсоединены к . вторым вкоаом 27 сепектора, а вкод выкоду блока 12 строоировавия, запуска установки триггера 31 соединен с треть ющвй вход которого подсоедиюн с вкодувю вкоаом 28 сепектора.На фиг, 3 приведен один из возможных вариантов схемотехнического выполнения блока 23 форсированного заряда и блока 24 форсированного разряда. Вход 34 блока форсиромнного заряда соединен с базой транзистора 35, коллектор которого соединен с источником отрицательного напряжения. Змиттер транзистора 35 соединен с эмиттером транзистора10 36. ичерез резистор 37 с источником положительного напряжения. База транзистора 36 подключена к источнику опорного напряжения, а коллектор трав ч зистора 36 соединен с выходом 38 блока форсированного заряда. Вход 39 блока15 форсированного разряда соединен с базой транзистора 40, коллектор которого соединен с выходом 38 блока форсированного разряда. Эмиттер транзистора 40 соединен с. эмиттером транзистора 41 и че- рез резистор 42 с источником отрицательного напряжения. База транзистора 41 подключена к источнику опорного напряжения, а коллектор соединен с источником25 положительного напряжения.При подаче на вход 34 блока форсированного заряда импульса напряжения положительной полярности ток резистора 37 переключается в транзистор Зб и на выходе 39 формируется импульс выЗО текающего тока.При подаче на вход 39 блока форсиромнного разряда импульса напряжения положительной полярности ток резистора 42 переключается в транзистор 40 и 35 на выходе 38 формируется импульс втекающего тока, Блоки 23 и 24 могут иметь другие схемотехнические решения, что не изменяет сущность изобретения,Измеритель амплитуды импульсов 40 работает следующим образом.На входы 1 и 2 измерителя подаются повторяющиеся измеряемые импульсы напряжения, а на вход 13 стробированиястробищлощие ампульсы, синхроннзирован ные с измеряемыми.В исходном состоянии, когда на входы измерителя импульсы не поданы, напряжение на выходе операционного усилйтеля может иметь либо высокий, либо низ кий уровень в зависимости от входного напряжения сдвига нуля операционного усилителя. Входное напряжение сдвига нуля современных операционных усилителей лежит, как правило, в микромилли вольтовой области. В момент действия стробирующего импульса происходит за + пуск одновибратора 10 или 1 1 и нако"ю питепьный конденсатор 16 заряжаетсяили разряжается через блок 14 заряда.илн 15 разряда эа время действия импульсов одновибраторов до тех пор, поканапряжение на выходе согласующего каскада 1 7 и инвертора 18 не скомпенсирует входное напряжение сдвига нуля операционного усилителя 9, Параметры це пей заряда и разряда выбираются так, чтобы напряженИе на накопнтельиоМ коиденсаторе 16 за время действия импупьсов одновибраторов изменялось незначительно .и, следовательно, напряжение на выходе 25 измерителя амплитуды импульсов равно пренебрежимо малой величине сдвига нуля операционного усилителя с незначительными пульсациями. Импульсы с выходов одновибраторов 10 и 11 подаются также на первые и вторые входы селекторов 19 и 20 непрерывности импульсов. Селекторы непрерывности импульсов фиксируют непрерывность срабатывания определенного количества раз одногр из стробируемых одновибраторов 10 и 11 при отсутствии срабатывания второго одйовибратора и. имеют два порога селектирования; Я 1 срабатываний иИ 2 срабатываний. Первый селектор 1 9фиксирует число срабатываний одновиьра= тора 10 при отсутствии срабатывания одновибратора 11, На его первый входподаются импульсы с выхода одновибратора 10, .а на второй вход - импульсы с выхода одновибратора 11. Если число срабатываний превышает порог селектирования, то на выходе селектора устанавливается уровень логической единицы. Второй селектор 20 непрерывности импульсов фиксирует срабатывание одновибратора 11 и на его первый вход подаются выходные импульсы одновиоратора 11, а на второй вход - импульсы одновибратора 10,Подача сигнала на второй вход селек тора непрерывности импульсов приводит к установке его в исходное состояние с порогом селектирования И 1 Ъ 2, При подаче сигнала на третий вход селектора устанавливается порог селектирования Я 2 Ът 1.Поскольку в исходном состоянии происходит поочередное срабатымние одновибраторов 10 и 11, то на выходах селекторов 19 и 20 низкие логические уровни напряжения и импульсы одновибраторов 10 и 11 не проходят через элементы И 21 и 22 на блок И 23 фор. При подаче на вход 1 относительно входа 2 положительных импульсов они . усиливаются операционным усилителем 9 5 до высокого уровня на его выходе и,. когца на вход 13 подается стробирующий импульс, запускается одновибратор 10. За время действия импульса одновибратора накопительный конденсатор 1 6 неэна чительно заряжается через блок 14 за-, ряда.Импульсы с выхода одновибратора 10 поступают также на первый вход селекто-, ра 19 непрерывности импульсов и второй 35 вход селектора 20 непрерывности импульсов. Когда одновибратор 10 срабатывает й 1 раэ, на выходе селектора 19 непрерывности импульсов устанавливается высокий логический уровень, который 20 разрешает прохождение импульсов одновибратора 10 через элемент И на вход блока 23 форсированного заряда Высокий логический уровень напряжения с выхода селектора 19 непрерывности импуль-.25 сов подается также на третий вход селектора 20 непрерывности импульсов и устанавливает коэффициент счета селектора 20 непрерывности импульсов равным М 2 Ъ М 1.30 Последующие срабатывания одновиоратора 10 приводят к форсированному зарин ду накопительного конденсатора 16 под действием сигналов блока 23 до тех порэ Э 5 пока напряжения на выходах согласующего каскада 17 и инвертора 18 иэменя- ся настолько, что скомпенсируют действие входного импульса на выходе .операционного усилителя в момент действия строоирующего импульса на входе 13.Одновнбратор 10 перестает запускаться. Происхоцит срабатывание одновибратора 11, выходной импульс которого устанавливает по второму входу селектор 19 в исходное состояние, Цепь форсированногО в . заряда отключается. Если произошла пере-; . компенсация напряжения на накопительном конденсаторе относительно амплитуды- измеряемых импульсов, то сработает одновибратор 11 столько раэ, пока не, 50 установится режим динамического равновесии, когда запуск одновибратора 10 приводит к увеличению напряжения на накопительном конденсаторе, в свою очередь увеличение напряжения на накопительном конденсаторе приводит к появлению низкого уровня на выхоце операционйого усилители 9. Это вецет к срабатыванию, щ одновиоратора 11 в момент действиястробирующего импульса и к разряду накопительного конденсатора через блок 1 5разряда.Коэффициент непрерывного счета И 2селектора 20 непрерывности импульсоввыбирается .такой величины, чтобы в слу.чае максимальной перекомпенсации напряженин на накопительном конденсаторе поокончании форсированного заряда не произошло включение форсированного разряда( прохождение импульсов одновибратора11 через элемент И 22 на блок форсированного разряда 24) и возникновение: тколебательного процесса на накопительномконденсаторе при установлении режимадинамического равновесия.Если на вход 1 относителью входа 2.подаются повторяющиеся отрицательные ,импульсы, то в момент стробированиязапускается одновибратор 11 и накопи-.тельный конденсатор 16 незначительноразряжается через блок 18 разряда. Импульсы с выхода одновибратора 11 поступают на первый вход селектора 20 непре.рывности импульсов и второй вход селектора 19 непрерывности импульсов. Присрабатывании одновибратором 11 Й 1 раэна выходе селектора 20 непрерывностиимпульсов устанавливается высокий логи-,ческий уровень, разрешающий прохождениеимпульсов одновибратора 11 через элемент И 22 на вход блока форсированногоразряда 24 и устанавливающий коэффициент счета селектора 19 непрерывности;импульсов равным Я 2. Происходит форсированный разряд конценсатора 16 поддействием сигналов блока 24 .форсиро;ванного разряда до напряжения, близкогок напряжению входного импульса в момент действия стробирующего импульсана входе 1 3, цепь форсированного разрядаотключается и устанавливается режимдинамического равновесия,Цепи форсированного заряда и разрядавключаются также при любом эначительном изменении амплитуды входных конт-ролируемых импульсов. Цепи форсированного заряда и разряда накопительногоконденсатора ускоряют процесс выходаизмерителя на режим динамического равновесия, При установлении режима динамического равновесия они отключаются.Коэффициент счета М 1 селекторов19 и 20 выбирается исходя иэ мгновенной нестабильности амплитуды измеряемых импульсов и разности изменения напряжения на накопительном конценсаторе1.6 за время действия импульсов заряда9 108М раВряаа на выходе блоков 14 и 18.фбьяоняемой текнопогическим разбросомаиитеаьиостей одновибраторов 10 и 11и технопегическим разбросом токов заряда и разряда блоков 14 и 18. Коэффициент .)т 1 должен уаовпетворять соотно ,шению й 1 Ъ 2Ввпичина приращения напряжения Ь 1на .накопительном конде.нсаторе 16 завреМя действия ваиупьса на выхоае блока 114 иии 18 выбирается исходя иэ точностных характеристик измерителя и нижнейграницы динамического диапазона,амппи-.туа входных измеряемых импульсов.Величина: приращения напряжения Ьцуна накопитеиьном конденсаторе 16 завремя действия импульса на выходе.бло,- ков 23 форсированного заряда. и 24 раэряда выбирается исхоая иэ величины динам ичеокого диапазона амплитудных входных иэмеряемык импульсов.Коэффициент счета М 2 сепекторов .19 и 20 должен удовлетворять соотношению, унгв+ваЦУстановка коэффициента счета и 2сеиектора при подсчете другим селектором М 1 импульсов необходима дпя устранения паразитного колебательного прс- цесса на накопительном конденсаторе 16в режиме динамического равновесия измерителя.Ф 10 3013 Постоянное напряжение на выходесогпасующего каскада, т.е. на выходе 28 измерителя пропорционально мгновенномузначению измеряемого импульса в момент действия стробирующего импульса, а егополярность совпадает с полярностью входного импупьса на входе 1 относительно мода 2. Операционный усипитеиь 9 в данном измерителе раьотает в режимекомпаратора, что позволяет применятьиюьые типы усилителей без корректируи- щик цепей ипи компарвторы,Такам образом, пополярности н веиичине выкодного напряжения на выходе 28 змеритепя можно однозначно судить о пеинрности и мгновенном значении импульсного измеряемого сигнала в момент поступления стробнрующего импульса.Напряжение на выходе инвертора 18 равно по вепичине но противозопожно по попярностн относительно. выхода 28. Резисторы 8-8 соединены с входами резисторами 3 и 4 таким образом, что имеется возможность проводить нэмерення как в цепях связанных с общей"землей", так и изолированных от нее.Блок 12 строьировання применен. дпясокращения эффективной длительности5 строь-импульса, на входах одновибато-ров 10 и 11, Есин бы блок стробнрования отсутствовал на результат измерения влияла бы длительность импульса навходе 13 строьирования и характер изменения измеряемого сигнала (спад ипивозрастание). Применение блока стррьирования позволяет повысить точность измерения и снизить требования к дпитепности и стабильности строьирующнх Мм 15 пульсов. Когда на вход 13 приходитфронт стробирующего импульса он прокодит блок стробирования и запускаетодин нэ одновибраторов 10 ипи 11. Выходной сигнал одновибратора воэдействуМ ет на запрещающий вход блока стробирования и прекращает воздействие стробирующего импульса, на входы одновибраторов. Таким оьразом обеспечиваетсянадежный запуск одного иэ одновибра 5 торов при минимальной эффективной длительности строьирования, равной суммевремени задержки блока стробнрования.и одновибратора.Селекторы 19 и 20 непрерывностиЗО. импульсов (фиг. 2) работают следующая .бьраэом.1При подаче импульса на второй вход27 селектора непрерывности импульсов35счетчик 32 и триггер 31 сьрасываютсяв нулевое состояние. Напряжение логического,нуля на выходе триггера 31 и, сиедоватепьно, на адресном входе мультиплексора 30 разрешает прохождение на4, выход 33 мультиплексора и селектора,непрерывности импупьсов сигнала с первого информационного входа мультиплексора, т.е. с первого выходе дешифратора29. Поскольку счетчик 32 сорошен внулевое состояню, на выходак дешифра- .45,тора 29 и на выходе ЗД селектора непрерывюсти импульсов уровень напряжения логического. нуля. Уровень логическо. го нуля на выходе мультиплексора 30разрешает по входу запрета счетчика 325 О подсчет счетчиком имнупьоов На первомвходе 26 сеиектора непрерывности импульсов. Если на первый вкод 26 селектора непрерывности импульсов поступитнепрерывная серия из М 1 импульсов и55 при етом на второй вход 27 импупыне поступит на выходе счетчика 32установится код, соответствующий числуИ 1, а на первси выходе дешифратора108301 3 Составитель О. ГлухаревПетраш Техред Л.Пилипенко Корректор О. Билак Заказ 8864/42 Тираж 7 ВНИИПИ Государстве по делам иэоьре 113035, Москва, ЖПодпиа СССРтий НОГО комитений и открыв35, Рауш д. 4 ая на филиал ППП Патент, г. Ужгород, уп. Проектная,29 и, следовательно, на выходе 33 селектора непрерывности импульсов уста 1новится напряжение логической единицы.Напряжение логической единицы на выходемультиплексора запрещает счетчику. 32:,дальнейший подсчет импульсов,Если на третий вход 28 селектора непрерывности импульсов поступит импульс,то триггер.31 по входу установки установится в состояние логической единицыи разрешит по адресному входу мульти -плексора 30 прохождение сигнала свторого информационного входа муль-.типлексора и, следовательно, С второго выхода дешифратора 29. В данном случае, чтобы на выходе 33 селекторанепрерывности импупьсов появился уровень погической единицы, необходимо,чтобы счетчик 32 подсчитап непрерюавную серию. Нэ Я 2 импульсов,поступающих на первый вход 26 селектора нещеывности импульсов,. При испопвэовании изобретения значительно уменьшается время преоораэования мгновенного значения напряженияизмеряемых сигналов. Это позволяет использовать измеритель в быстродействующих системах контроля и создает воэможность контролировать быстрые изменения амплитуды измеряемых сигналов.