Импульсный усилитель

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК ш 12201 1 а)4 НОЗК 5 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ АВТОРСКОМУ СВИ ЬСТВУ С:(56) Авторское свидетельство СССР У 790191, кл. Н 03 К 5/02, 1979. (54) ИМПУЛЬСНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ (57) Изобретение относится к импульсной технике. Цель изобретения уменьшение времени восстановления оптимального рабочего режима. Устройство содержит детектор 1, полевой транзистор 2, ограничитель 3,операционный усилитель 4, пороговыйэлемент 5, конденсатор 6 обратнойсвязи, блок 7 регулировки, генератор 9 серии импульсов, блок 11 согласования и блок 14 автоматического,управления. Блок 7 регулировки содержит элемент задержки, логическийэлемент И и одновибратор с регулируемой длительностью, Блок 11 согласования выполнен в виде переключателя на диодах и усилителя. Блок 14автоматического управления включаетинтегратор, дифференциатор, выпрямитель и блок выборки-хранения. Вописании приведены структурные схемы указанных блоков, а также времен"ные диаграммы работы устройства.4 з.п. ф-лы. 6 ил, 220119Изобретение относится к импульсной технике, а именно к предусилителям с импульсной обратной связью,и является усовершенствованием устройства по основному авт.св.У 790191.Цель изобретения - уменьшениевремени восстановления оптимального рабочего режима,На фиг.1 изображена блок-схемаимпульсного усилителя, на фиг.2то же, с автоматическим управлением, на фиг.3 - вариант выполненияблока регулировки и блока согласования, на фиг.4 - вариант выполнения блока автоматического управления и диаграммы, поясняющие егоработу, на фиг.5 - временные диаграммы сигналов в первом варианте импульсного усилителя в соответствиис реализацией блока регулировки исогласования, на фиг.б - вариантсхемы одновибратора с регулируемойдлительностью.Импульсный усилитель (фиг.1) содержит последовательно соединенныедетектор 1, полевой транзистор 2,ограничитель 3, операционный усилитель 4, выход которого соединен свыходом импульсного усилителя, свходом порогового элемента 5 и через конденсатор 6 обратной связи сзатвором полевого транзистора 2.Выход порогового элемента 5 соединенс входом блока 7 регулировки, первый выход 8 которого соединен свходом генератора 9 серии импульсов, выход которого соединен с первым входом 10 блока 11 согласования,а второй выход 12 блока 7 регулировки - с вторым входом 13 блока 11согласования, выход которого соединен со стоком полевого транзистора 2.Импульсный усилитель с автоматическим управлением (фиг,2) дополнительно содержит блок 14 автоматического управления, с первым входом15, соединенным с выходом операционного усилителя входом 16, ивыходом 17 соединенным с входом 18регулирования блока 7 регулировки,Блок 7 регулировки (фиг.3) содержит элемент 19 задержки, логический элемент И 20 и одновибратор21 с регулируемой длительностью.Вход элемента 19 задержки соединенс выходом порогового элемента 5и является входом блока 7 регулиров-. ки (фиг. 1 и 2), первым выходомсоединен с первым входом логического элемента И 20, а вторым - с входом запуска одновибратора 21 с регулируемой длительностью, Один из выходов одновибратора 21 с регулируемой длительностью соединен с вторымвходом логического элемента И 20,выход 8 которого в импульсном усилителе (фиг. 1 и 2) соединен с входом генератора 9 серии импульсов иявляется первым выходом блока 7 регулировки. Второй выход 12 одновибратора 21 с регулируемой длительностью в импульсном усилителе(фиг, 1 и 2) соединен с входом 13блока 11 согласования и являетсявторым выходом блока 7 регулировки.Блок 11 согласования (фиг,3)содержит усилитель 22 и переключатель 23 на диодах. Вход усилителя22, который является первым входом13 блока 11 согласования соединенс выходом 12 блока 7 регулировки,а выход усилителя 22 соединен с вто.рым входом переключателя 23 на диодах, первый вход которого являетсявторым входом 10 блока 11 согласования. Выход переключателя 23 надиодах является выходом блока 11согласования и соединен со стокомполевого транзистора 2 (фиг, 1 и 2),Вариант исполнения блока 14 автоматического управления (фиг.4),содержит последовательно соединенные интегратор 24, дифференциатор25, выпрямитель 26, блок 27 выбор"ки-хранения. Вход интегратора 24является первым входом 15 блока 14и соединен с выходом операционногоусилителя 4. Второй вход блока 27выборки-хранения является входом16 сброса блока 14 и соединен с выходом порогового элемента 5. Выходблока 27 выборки-хранения являетсявыходом 17 блока 14 автоматическогоуправления и соединен с входом 18блока 7 регулировки,Описание одного из вариантов схемы одновибратора с регулируемойдлительностью (фиг,б),устойчивое исходное состояние: вход запуска - логическая "1", выход - логический "0", Ч, ,с - "0"., конденсатор С разряжен, ц =О, потенциал на 7 , около куля.При подаче отрицательного перепада напряжения на Вход запуска триг 122011945 50 55 гер на П 1.1 и Л 1.2 опрокидывается, Аормируя на выводе Выход потенциал логический "1", при этом транзистор 1 закрывается и конденсатор С начинает заряжаться от напряжения, поданного на Вход управления длительностью через резисторы К 1 и К 2. Постоянную времени заряда конденсатора С можно установить резистором К 1. Напряжение на эмиттере транзистора Ч повторяет напряжение на конденсаторе. При достижении напряжением на транзисторе Ч э порога срабатывания компаратора, построенного на диоде ЧЗ и П 1.3, триггер на Л 1,1, Л 1,2 сбрасывает - ся в исходное состояние, формируя на выходе сигнал, длительность которого завист от напряжения, поданного на Вход управления длительностью.Импульсный усилитель работает следующим образом.Летектор 1, конвертирующий энергию квантов излучения в пропорциональный энергии заряд токовых сигналов, смещен источником напряжения в обратном направленииВходным элементом усилителя является полевой транзистор 2. Ток затвора полевого транзистора 2 в стационарном состоянии меньше обратного тока детектора 1. Ток через полевой транзистор 2 и напряжение на стоке устанавливаются оптимальными с точки зрения минимума шумового вклада, вносимого полевым транзистором 2.Напряжение на стоке полевого транзистора 2 меньше напряжения, при котором возникает ударная ионизация, вызывающая ток затвора. Сток полевого транзистора 2 соединен с ограничителем 3, а выход ограничителя 3 - с неинвертирующим входом операционного усилителя 4, при этом сток полевого транзистора 2 и вход операционного усилителя ч соединяются гальванически. Ограничитель 3 предназначен для отключения операционного усилителя 4 от стока полевого транзистора 2 в режиме восстановления заряда на конденсаторе 6 при замыкании петли стоковой обратной связи. Ограничитель 3 также фиксирует потенциал на входе операционного усилителя 4 для стабилизации его режима с целью уменьшения восстановления последнего после отключения петли стоковой обратной связи. Операционный усили- . 1 О 15 20 25 30 35 40 тель 4 обеспечивает необходимое усиление, Конденсатор 6 обратной связи,включенный между выходом операционного усилителя 4 и точкой соединения детектора 1 и затвора полевоготранзистора 2, определяет зарядочувствительность усилителя, На нем осуществляется преобразование заряда,поступившего с детектора 1 при регистрации кванта, в импульс напряжения.Импульсы напряжения снимаются свыхода операционного усилителя 4(Аиг. 1 и 5),На Аиг.5 рассмотрен частный случай, когда импульс регулируемой длительности является первым в серии,Порядок следования этого импульсав серии определяется элементом 19задержки (фиг.З). К выходу операционного усилителя 4 подключен пороговый элемент 5, величины верхнего И и нижнего И порогов которогоопределяют границы динамическогодиапазона выходных сигналов, т.е.начало и конец цикла восстановления импульсного усилителя (фиг.5,диаграмма 28), пороговый элемент 5управляет работой блока 7 регулировки.Блок 7 регулировки по заданномуалгоритму управляет работой генератора 9 серии импульсов и Аормируетимпульс регулируемой длительности.Порядок следования этого импульсав последовательности остальных разрядных импульсов и разрешение назапуск генератора 9 серии, импульсовмогут регулироваться для выбора наиболее эФАективного цикла восстановления заряда на детекторе и, соответственно, уменьшения "мертвоговремени и увеличения выходной скорости счета импульсного усилителя.Сигналы с выхода генератора 9 серии импульсов и выхода 12 блока 7регулировки поступают соответственно на выходы 10 и 13 блока 11 согла сования, которое необходимо для суммирования входных сигналов, развязки выходов генератора 9 серии импульсов и блока 7 регулировки междусобой, а также для устранения влияния блоков 7 и 9 на режим работыполевого транзистора 2 во время рабочего цикла импульсного усилителя. Пороговый элемент 5 через элемент 19 задержки (Аиг.З) запускаетодновибратор 21 с регулируемой длительностью, а через элемент 19 за 1220119держки и логическую схему И 20 управляет генератором 9 серии импульсов, Злемент 19 задержки служит для задержки запуска через логическую схему И 20 генератора 9 серии импульсов на время запуска одновибратора 21 с регулируемой длительностью и для выбора положения импульса с одновибратора 21 среди серии импульсов генератора 9.Положительный логический импульс с одновибратора 21 регулируемой длительности (фиг,5, диаграмма 35) через усилитель 22, служащий для согласования выходных логических уровней одновибратора 21 регулируемой длительности с уровнями сигнала,необходимого для управления полевым транзистором 2 по стоку, и переключатель 23 на диодах, необходимьй для развязки усилителя 22 от генератора 9 серии импульсов чри работе и для отключения их от стока полевого транзистора 2 на рабочем ходе импульсного усилителя (стоковая обратная связь разомкнута), поступает на сток полевого транзистора 2 (Фиг,5, диаграмма 39). Параметры импульса с одновибратора 21 - амплитуда и длительность определяют режим полевого транзистора 2 в процессе восстановления заряда на его входе и могут быть оптимизированы с целью уменьшения длительности процесса восстановления, После окончания импульса с одновибратора 21 регулируемой длительности через логический элемент И 20 запускается генератор 9 серии, импульсы с которого (Фиг.5, диаграмма 38) через переключатель 23 на диодах поступают на сток полевого транзистора 2 (Фиг,5, диаграмма 39). Параметры серии импульсов - амплитуда, длительность, частота определяют режим полевого транзистора 2 в процессе восстановления заряда на его входе и также могут быть оптимизированы с целью уменьшения процесса восстановления. Под действием индуцированного излучения заряда с детектора 1, а также заряда, накапливаемого на конденсаторе 6 обратной связи под действием разностного тока на входе полевого транзистора 2, напряжение на выходе операционного усилителя 4 смещается в сторону положительного ъ г мо 45 5 О 51 потенциала (Фиг.5, диаграмма 28) . При достижении верхнего порога порогового элемента 5 последний срабатывает и через элемент 19 задержки запускает одновибратор 21 регулируемой длительности (Фиг,5, диаграммы 35 и 36). Тем самым замыкается петля импульсной стоковой обратной связи и в сток полевого транзистора 2 поступает импульс напряжения (Фиг,5, диаграмма 39). Одновременно данный импульс переводит ограничитель 3 в режим Фиксации потенциала на входе операционного усилителяпри этом гальваническая связь стока полевого транзистора 2 и входа операционного усилителя 4 разрывается, На выходе операционного усилителя ч устанавливается максимальный потенциал, Импульсное увеличение напряжения на стоке вызывае ударную ионизацию и рост тока затвора. Возросшим током затвора компенсируется часть заряда на кондея аторе 6 обратной связи, который накопился за рабочий цикл усилителя. В момент окончания импульса с од- новибратора 21 с регулируемой длительностью ограничитель 3 замыкает гачьванически сток полевого транзистора 2 с входом операционного усилителя Л, тем самым восстанавливается режим полевого транзистора 2 и операционного усилителя ч, соответствующий рабочему циклу. На выходе операционного усилителя 4 устанавливается напряжение (фиг.5, диаграмма 28), обусловленное нескомпенсированным зарядом на конденсаторе 6 образной связи после подачи импульса с одновибратора 21 с регулируемой длительностью в сток полевого транзистора 2, Это напряжение превышает порог срабатывания порогового элемента 5, и последний не изменяет своего состояния. После окончания импульса с одновибратора 21 с регулируемой длительностью с логического элемента И 20 на вход генератора 9 серии импульсов поступает разрешение на запуск (Фиг,5, диаграмма 37). Тем самым опять замьв"ается петля импульсной стоковой обратной связи и в сток полевого транзистора 2 с выхода генератора 9 серии импульсов через переключатель 23 на диодах поступает первыйкороткий импульс напряжения. Процессы, происходящие с ограничителем 3, операционным усилителем 4, аналогичны описанным при подаче импульса с одновибратора 21 с регулируемой длительностью, В момент окончания импульса ограничитель 3 замыкает гальванически сток полевого транзистора 2 с входом операционного усилителя 4 и восстанавливается режим полевого транзистора 2 и операционного усилителя 4, соответствующий рабочему циклу. На выходе операционного усилителя 4 устанавливается на. пряжение, обусловленное нескомпенсированным зарядом на конденсаторе 6 обратной связи после подачи импульсов в сток полевого транзистора 2. Это напряжение превышает нижний порог срабатывания порогового элемента 5, и он не изменяет своего состояния. Затем с генератора 9 серии импульсов на сток полевого транзистора 2 поступает следующий импульс и описанный цикл повторяется, Такие циклы подачи разрядного импульса в сток полевого транзистора 2 и паузы, во время которых сравнивается напряжение на выходе операционного усилителя 4 с нижним уровнем порогового элемента 5, происходят до того момента, пока напряжение на выходе операционного усилителя 4 не станет меньше нижнего порога порогового элемента 5 (фиг.5, диаграмма 28). В этот момент пороговый элемент 5 изменяет свое состояние (фиг,5, диаграмма 34) и блокирует запуск генератора 9 серии импульсов. Цикл восстановления заканчивается, и начинается рабочий цикл импульсного усилителя. Границы временного интервала цикла восстановления определяются моментами пересечения выходным напряжением операционного усилителя 4 верхнего инижнего уровней порогового элемента 5. Начальный этап цикла восстановления осущестляется длинным импульсом без пауз, а затем короткими импульсами с паузами, поэтому в начальный этап осуществляется быстрая компенсация напряжения на конденсаторе 6 обратной связи.В импульсном усилителе (фиг.2) осуществляется автоматическая регулировка длительности одного иэимпульсов серии в зависимости отскорости нарастания сигнала на выходе операционного усилителя (ОУ) 4,т,Е. в зависимости от входной скорости счета. При неизменной входнойзагрузке работа этого импульсногоусилителя практически не отличаетсяот работы импульсного усилителя беэавтоматической регулировки (фиг.1).При увеличении входной загрузки скорость нарастания сигнала (фиг.4,диаграмма 28) при рабочем цикле увеличивается,соответственно блок 14автоматического управления вырабатывает сигнал, увеличивающий длительность импульса с блока 7 регулировки и изменяющий режим восстановления заряда, накопленного наконденсаторе 6 обратной связи, дляминимизации длительности цикла восстановления импульсного усилителя 4.При уменьшении входной загрузки 25 происходит уменьшение сигнала управления и, соответственно, уменьшениедлительности импульса с блока 7 регулировки.Чем больше входная скорость счета, тем быстрее нарастание сигналана выходе ОУ 4, больше величина регулирующего напряжения на входе 18регулировки блока 7 регулировки итем больше длительность одного изимпульсов серии.Эта операция осуществляется спомощью блока 14 автоматического управления (фиг.2), на вход 15 которого подается сигнал с выхода ОУ 4,на вход 16 сброса подается сигнал свыхода порогового элемента 5 в момент окончания цикла восстановленияимпульсного усилителя, С выхода 17блока 14 на вход 18 регулировки 45 блока 7 регулировки подается постоянное напряжение, величина которого пропорциональна скорости нарастания сигнала на выходе ОУ 4.Подробнее работа импульсногоусилителя с автоматическим управлением поясняется с помощью фиг.4.Сигнал 28 с выхода операционного .усилителя 4 сглаживается (сигнал 29)интегратором 24 и подается на дифференциатор 25, на выходе которого(фиг,4, диаграмма 30) величина сигнала определяется скоростью изменения сигнала 29, Полученный сигнал30 выпрямляется выпрямителем 26(сигнал 31),так как нас интересует скорость нарастания сигнала на выходе операционного усилителя 4 (фиг.2) только во время рабочего хода импульсного усилителя, Сигнал 31 (фиг.4) подается на блок выборки- хранения 27, который запоминает потенциал 32 на выходе дифференциатора 25 и в момент окончания цикла восстановления импульсного усилителя сбрасывается в исходное (нулевое) состояние импульсом 33 с выхода порогового элемента 5 (фиг,2).Потенциал 32 с блока выборки-хранения 27, пропорциональный скорости нарастания сигнала 28 (фиг.4) на выходе операционного усилителя 4 (фиг.2), т.е. пропорциональный интенсивности квантов излучения на детекторе 1 (фиг,2), управляет величиной длительности импульса с одновибратора 21 с регулируемои длительностью.Таким образом, чем больше интенсивность квантов излучения, тем больше длительность регулируемого импульса.Предлагаемое устройство позволяет повысить выходную скорость счета импульсного усилителя, поскольку порционное восстановление заряда ,на конденсаторе обратной связи последовательной подачей длинного импульса и затем серии коротких импульсов в сток полевого транзистора в режиме восстановления импульсного усилителя позволяет минимизировать время восстановления, т.е. мертвое" время, эа счет выбора оптимальной длительности одного из разрядных импульсов с помощью устройства регулировки.При этом количество коротких импульсов выбирается автоматически, обеспечивая нужную точность определения времени окончания цикла восстановления, Импульсный усилитель с устройством автоматического управления повьппает эффективность работы усилителя в режиме переменной входной интенсивности. Формула изобретения Импульсный усилитель по авт,св,Р 790191, отличающийсятем, что, с целью уменьшения време 5 10 15 20 25 30 35 ф 45 50 55 ни восстановления оптимального габочего режима, в него введены блокрегулировки и блок согласования,причем вход блока регулировки соединен с выходом порогового элемента,первый выход блока регулировки соединен с входом генератора серии импульсов, второй выход блока регулировки и выход генератора серии импульсов соединены соответственно спервым и вторым входами блока согласования, а выход блока согласованиясоединен с стоком полевого транзистора.2. Усилитель по п.1, о т л ич а ю щ и й с я тем,.что блок регулировки выполнен в виде элемента,задержки, логического элемента И иодновибратора с регулируемой длительностью, причем вход элементазадержки соединен с входом блокарегулировки, первый выход элементазадержки соединен с первым входомлогического элемента И, а второй -с входом запуска одновибратора с регулируемой длительностью, первый выход которого соединен с вторым входом логического элемента И, выходкоторого соединен с первым выходомблока регулировки, при этом второйвыход одновибратора с регулируемойдлительностью соединен с вторым выходом блока регулировки,3. Усилитель по п.1, о т л ич а и щ и й с я тем, что блок согласования выполнен в виде .переключателя на диодах и усилителя, причемвход усилителя соединен с первымвходом блока согласования, а выходусилителя - с вторым входом переключателя на диодах, первый вход которого соединен с вторым выходом блока согласования, а выход переключателя на диодах соединен с выходомблока согласования.4, Усилитель по п.1, о т л ич а ю щ и й с я тем, что в негодополнительно введен блок автоматического управления, причем его первый вход соединен с выходом операционного усилителя, второй вход - свыходом порогового элемента,а еговыход - с вторым входом блока регулировки.5. Усилитель по п.4, о т л ич а ю щ и й с я тем, что блок автоматического управления выполнен в12 1220119 од г.2 виде последовательно соединенныхинтегратора, вход которого соединенс первым входом блока автоматического управления, дифференциатора, выпрямителя и блока выборки-хранения,причем второй вход блока выборки - хранения соединен с вторым входом блока автоматического у - равления,а выход блока 5 выборки-хранения соединенс выходом блока автоматического управления.1220119Фиа 5 с 3 драбделиюЗаказ 1332/б 0 Тираж Я 1 б Подписно иал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4