SU805207A1 - Измеритель нелинейности импульсовпилООбРАзНОгО НАпР жЕНи - Google Patents

Description

1

Изобретение относитс  к технике иэмерени  параметров электрических импульсов и может быть использовано дл  автоматического контрол  нелинейности импульсов развертки в телевидении, радиоэлектроникеи  дерной электронике .

Известен измеритель нелинейности пилообразного напр жени , который содержит дифференцирующую цепь, конденсатор , усилитель-ограничитель, буферный каскад, схему сравнени , схему запоминани , формирователь и индикатор 1Д.

Недостатком этого измерител   вл етс  сложность процесса измерени  в два этапа и необходимость предварительного определени  скорости пилооб азного напр жени  и величины входной емкости, дифференцирующего канала

Известно также устройство дл  измерени  нелинейности пилообразного напр жени , содержащее две дифферен,цирующие цепи, два стробирующих каскада , ключи, пиковые детекторы, компаратор , элемент вычитани , ключмодул тор и индикатор 2}.

Недостатком этого устройства  вл етс  низкое быстродействие, обусловленное значительным временем накоплени  после преобразовани  сигнала ключа-модул тора.

Цель изобретени  - повышение быстродействи .

Цель достигаетс  тем, что в устройство , содержащее индикатор, источник опорного напр жени , две дифференцируквдие цепи, входами соединенные с одним входом измерител , выход перo вой из которых через усилитель-ограничитель подключен к входу буферного каскада, а выход второй дифференцирующей цепи через последовательно соединенные усилитель, первый пико5 вый детектор, интегратор с разр дным ключом подключен к одному из входов компаратора и два стробирующих каскада, входами соединенные с вторым входом измерител , каждый из которых

0 выполнен в виде последовательно соединенных регулируемой временной задержки и формировател  строб-импульса , при этом выходы стробирующих каскадов подключены к соответствующим

5 управл ющим входам двух ключей, входы каждого из которых соединены с выходом буферного каскада, а выход каждого из ключей через пиковый детектор подключен к соответствующему

0 входу элемента вычитани , введены

 ть элементов И-НЕ, конденсатор, реистор , генератор -коммутирующих мпульсов, формирователь, измеритель ременных интервалов, второй компаатор , повторитель абсолютного знаени  напр жени , третий ключ, втоой интегратор с разр дным ключом четвертый пиковый детектор, выхоом соединенный с входом индикатоа , а входом - с выходом второго инегратора с разр дным ключом, управл ющий вход которого через формиователь соединен с выходе первого элемента И-НЕ и с одним из входов второго элемента И-НЕ, вторскй вход которого подключен к первым выводам резистора и конденсатора, а его выход соединен с вторым выводом резистора , с входом измерител  временных интервалов и с первым входом первого элемента И-НЕ, вторым входом соединенного с выходом упом нутого компаратора , второй вход которого через повторитель абсолютной значени  напр жени , подключен к выходу элемента вычитани , а третий вход упом нутого элемента И-НЕ соединен с первым входом третьего элемента И-НБ, с первым входом четвертого элемента И-НЕ и с выходом второго компаратора , один из входов которого соединен с выходом источника опордюго наща жени , а второй его вход - с выходом первого пикового детектора и с входом третьего ключа, выход которого подключен к корпусу измерител , а управл ющий вход третьего ключа соейи- нен с управл ющим входом интегратора с разр дным ключом, с выводом конденсатора и с выходом генератора коммутирующих импульсов, вход которого подключен к выходу п того элемента И-НЕ и к второму входу четвертого элемента И-НЕ, выход которого соединен с одним из входов п того элемента И-НЕ, а его второй вход через третий элемент И-НЕ соединен с вторым входом измерител .

На фиг. 1 приведена функциональна  схема измерител ; на фиг. 2 временные диаграммы, по сн ющие принцип его работы на фиг. 3 - пиковые детекторы, вариант выполнени  измерител , на фиг. 4 - повторитель абсолютуого значени  напр жени , вариант построени .

Измеритель нелинейности импульСО& . пилообразного напр жени  содержит дифференцирующую емкость 1, усилитель-ограничитель 2, токовый повторитель 3, защитный диод 4, токовад.ающий и высокоомные резисторы 5 и 6, 7-9 буферный каскад 10, два стро-бирующих каскада, выполнен{шх а виде последовательнр.го соединени  регулируемых временных задержек 11 и 12, фсд мирователей 13-14 строб-импуль сов, и ключей 15 и 16, два пиковых детектора 17 и 18, элемент 19 вычитани , дифференцирующую цепь. 20, состо щую из конденсатора 21, резистора 22 и усилител  23 напр жени , третий пиковый детектор 24, первый интегратор 25. с разр дным ключом 26, зар дной цепью 27 и 28, усилителем 29 напр жени  и первый компаратор 30 второй компаратор 31, источник опорного напр жени  UQ, двухвходовой элемент И-НЕ 32, первый триггер на двух элементах И-НЕ 33 и 34, генератор 35 коммутирующих импульсов, имеющий встроенную временную задержку, третий ключ 36, второйинтегратор 37 с разр дным ключом 38, зар дной цепью 39 и 40, усилителем 41 напр жени  и схемой управлени , содержащей второй триггер на двух элементах И-НЕ 42 и 43, резистор 44, конденсатор 45, формирователь 46, повторитель 47 абсолютного значени  напр жени , четвертый пиковый детектор 48, индикатор 49 и измеритель 50 временных интервалов . Пиковый детектор (фиг.З) содержит сравнивающий каскад 51, выполненный на операционном усилителе , диод 52, последовательно с которым включены зар дный транзистор 53 и запоминающий конденсатор 54, соединенный со входом повторител  напр жени  55 на операционном усилителе с полевыми входными транзисторами, резистивными делител ми 56 и 57, защитный стабилитрон 58, выравнивающий резистор 59, разр дную кнопку 60.

Повторитель абсолютного значени  сигнала (фиг.4) имеет резисторы 61-63, операционные усилители 64 и 65 с пр мыми и инверсными входами, обозначенными соответственно знаками плюс и минус,диод 66.

Измеритель нелинейности импульсов ПН работает следующим образом.

Claims (2)

1. В состо нии поко  на входы прибора не поступают контролируемое Uf| и синхронизирующее Up напр жени . Поэтому ключи 15 и 16 разомкнуты и напр жение на выходе аналогового элемента 19 .вычитани  и на втором входе первого компаратора 30 0 равны нулю . Также равны нулю напр жени  на выходах дифференцирукнцей цепи 20, пикового детектора 24 и второго компаратора 31. Последнее фиксирует состо ние элемента И-НЕ 32, первого и втоjporo триггера так, что уровень напр жени  U0 на выходе элемента 32 соответствует логической единице (фиг.2) величина (it) на выходе первого триггера близка к нулю, аналогично U| на выходе второго триггера имеет уровень логического нул , и не зависит от напр жени  U|2 на выходе первого компаратора 30. Генератор 35 коммутирующих импульсов заблокирован выходным напр жением первого триггера, ключ 36 с импульсным управлением разомкнут, а ключи 26 и 38 с потенциальным управлением замкнуты. Напр жение и и U на выходах интеграторов 25 и 37 рав ны нулю. С приходом первого синхронизирую щего импульса 1Гс(фиг.2) формируетс  пилообразный сигнал l/f, который про д  дифференцирующую емкость 1, подводитс  к усилителю-ограничителю 2 в виде импульса тока с амплитудой П Г ч-С, где значение емкости конденсатора дифференцирующей цепи. Вершина импульса, содержаща  информацию об изменении производной контролируемого ПН, выдел етс  с помощью пороговой цепи 7,8 и 9 с уровнем ограничени  Q преобразуетс  в импульс напр жени  U-j (фиг.2) на высокоомном резисторе б. Дл  уменьшени  токопотреблени  по входной це пи и получени  возможно большего коэффициента преобразовани  усилитель-ограничитель 2 работает в режи ме микротоков. Поступа  на вход прибора первый синхронизирующий импульс, приводит в действие регулируемые временные задержки 11 и 12, но не измен ет состо ние схемы И-НЕ 32, заблокированной по второму.входу напр жением . Длительность задержек устанав ливаютс  независимо в каждом строби рующем каскаде, что позвол ет определ ть КН на любом выбранном участк пилообразного напр жени  Up. Напр жение 1 подводитс  также к дифференцирующей цепи 20, котора  преобразует его в импульс напр жени U с (фиг. 2). Экстремальное значение импульса запоминаетс  третьим пиковым детектором 24 (фиг.З) в виде уровн  напр жени  U, равного Ub K2-C2-R2 - наибольшее значение производной контролируемого С - емкость конденсатора 21; R - сопротивление резистора К,. - коэффициент передачи напр жени  усилител  23. Особенность схемы (фиг.З) определ етс  способом включени  транзистора 53. База его св зана с выходом повторител  напр жени  55, поэтому в любой момент времени напр жение перехода коллектор-база близко к нулю и ток утечки перехода ничтожно мал. в процессе зар да напр жение на конденсаторе 54 отслеживает входной сигнал, так как процесс непрерыв но контролируетс  сравнивак цим каскадом 51 и транзистором 53. В момент когда входное напр жение достигает максимального значени , а затем начинает уменьшатьс , процесс подзар да конденсатора 54 прекращаетс , таь как напр жение на сигнальном входе сравнивающего каскада 51 становитс  меньше напр жени  на другом его входе в результате чего напр жение на выходе сравнивающего каскада 51 измен ет свои знаки на обратный, что приводит к запиранию диода 52. Благодар  включению резистора 59 обратное напр жение приложено в основном к диоду 52, переход эмиттербаза транзистора 53 находитс  под напр жением, близким к нулю. Так как коллектор и база транзистора 53 эквипотенциальны, отсутствует ток разр да конденсатора 54 через коллекторный переход зар дного транзистора 53. За счет этого обеспечиваетс  долгое врем  хранени  зар да конденсатора 54, даже если величина его невелика, а также по вл етс  возможность получить высокую скорость зар да конденсатора 54. В процессе установлени  напр жени  на выходе третьего пикового детектора 24 в момент сравнени  U(t) с Upnвторой компаратор 31 срабатывает и формирует положительный перепад напр жени  UT до уровн  логической единицы (фиг.2), подготавлива  схему И-НЕ 32, а также первый и второй триггеры к переключению. Исходное состо ние триггеров теперь поддерживаетс  за счет действи  цепи положительной обратной св зи. В момент времени 1(фиг.2) сигналом с выхода схеьы регулируемой. временной задержки 12 запускаетс  соответствующий формирователь 14, вырабатывающий первый строб-импульс и через ключ 16 пропускаетс  перва  вырезка напр жени  tf, амплитуда которой /2 запоминаетс  пиковым детектором 18, выполненным по схеме фиг. 3. Если пренебречь вли нием характеристик токового повторител  3, диода 7, ключей 15 и 16, прин ть равным единице коэффициенты передачи узлов 10, 17 и 18, то напр жение (1/2 будет равно (фиг. 2) Unop- tc,-3g), (3) производна  ПН в момент времени t , ток поко , протекающий через диод 7, сопротивление резистора б. При этом на выходе повторител  бсолютного значени  напр жени  47 усанавливаетс  положительное напр жение , Принцип действи  повторител  (фиг.4) заключаетс  в следующем. . Дл  положительного входного сигнала схема имеет коэффициент передаи равный 1. При отрицательном входном сигнале диод 66 отпираетс , пр мой вход усилител  64 заземл етс  и коэффициент передачи схемы становитс  равньам . Таким образом, знако переменное входное напр жение преобразуетс  рассматриваемой схемой в по ложительное выходное нащз жение U4 с коэффициентом передачи при равенстве сопротивлени  резисторов 61, 62 и 63. В момент времени t формируетс  второй строб-импульс, через ключ 15 проходит втора  вырезка напр жени  U амплитуда которой з ипор-кДс.). (5) гдedUfl/(Зi- производна  пилообразного напр жени  в момент времениtj запоминаетс  пиковым детектором 17, Напр жени  и вычитаютс  на аналоговом элементе 19, при- этом на выходе повторител  абсолютного з чени  сигнала 47 после завершени  переходного процесса устанавливаетс  положительное напр жение (фиг.2) 4--«-.ж-:-жг1 пропорциональное разности производных контролируемого ПН в выбранные моменты времени t и t. Длительность переходного процесса установлени  напр жени  (бj определ етс , главным образом, свойствами узлов 19 и 47 измерител . Коэффициент пропоБЩиоиальности С;) определ ет чувствительность прибора и может регулироватьс , например путем ступенчатого изменени  величины К, Второй синхронизирующий импульс (фиг.2), как и первый, гфиводит в действие регулируемые временные задержки 11 и 12 и, кроме того, инвертиру сь схемой И-НЕ 32, . перебрасывает первый триггер в новое состо ние. Положительным перепадом напр жени  Uf с его выхода (фиг.2) запускаетс  генератор коммутирующих импульсов 35 с встроенной схемой временной задержки, вырабатывающий отрицательный импульс. Как видно из временных диаграмм, запуск генерато ра 35 производитс  с задержкой , введение которой необходимо дл  тог чтобы гарантировать полное завершени переходного процесса установлени  нагу1 жени  U4/ соответствующего выражению (6) . Следует заметить, что к стабильности длительности задержки ,особых требований не предъ вл ет с . Сигналом от генератора 35 коммути рующих импульсов размыкаетс  ключ 25 и первый интегратор 25 начинает интегрировать напр жение, вырабатыва  вспомогательное ПН, мен ющеес  по за t, (7) где С - емкость конденсатора 28/ Rj - сопротивление резистора 27, t - текущее врем , вплоть до момента насыщени  усилител  29 (фиг.2). Напр жение подаетс  на первый вход компаратора 30. К другому входу от повторител  абсолютного значени  сигнала 47 подводитс  напр жение U,величина которого соответствует уравнению (б). Одновременно с запуском интегратора 25, отрицательным перепадом напр жени  U|(j с выхода узла 35 опрокидываетс  второй триггер и положительньВ перепад с его пр мого выхода Ц- приводит в действие измеритель 50 временных интервалов. Отрицательный перепад с инверсного выхода Uj4 через формирователь 46 размыкает ключ 38 и второй интегратор 37, подключенный к источнику , начинает вырабатывать напр жение Un где C - емкость конденсатора 40/ R - сопротивление резистора 39, которое подводитс  к дополнительного пиковому детектору 48, реализованному по схеме фиг.З. В момент t сравнени  и(t) с d, определ емыми равенством dUn dUnl -КОЭФI/ , R С г г 2 фициент пропрциональности, срабатывает компаратор 30 и отрицательный перепад напр жени  на его выходе перебрасывает второй триггер в исходное состо ние. При этом ключ 38 замыкаетс  и напр жение U на выходе интегратора 37 становитс  равным нулю . Длительность t, соответствующа  классическо1 ог выражению дл  КН, регистрируемс  измерителем временных интервалов 50. Максимальное значение напр жени  на выходе интегратора 37 jdUn dUnl .. ,, . Jdtrdtal , ivjKjCj СА коэффициент пропорциональности, также соответствует классической формуле дл  определени  КН. Оно запоминаетс  и хранитс  (с погрешностью не более 0,25% за врем  хранени  20 мин) пиковым детектором 48 в виде уровн  напр жени  и|(фиг.2). Два способа вывода информации об измер емом параметре расшир ют функциональные возможности прибора, в частности, облегчают автоматизацию допускового контрол  генераторов ПН по величине коэффициента нелинейности. По окончании коммутирующего импульса генератор 35 возвращаетс  в исходное состо ние, ключ 26 вновь замыкаетс  и выходное напр жение U) интегратора 25 падает до нул  (фиг, Положительным перепадом напр жени  Ujo с выхода генератора 35 замыкаетс  также ключ 36 с импульсным управ лением на врем , достаточное дл  полного разр да запоминающего конде сатора пикового детектора 24. Напр  жение и последнего уменьшаетс  до нул ,причем в момент сравнени  U(t) с напр жением и опорного источника срабатывает компаратор 31 и сигналом с его выхода возвращаютс в исходное состо ние первый триггер и элемент И-НЕ 32. При этом восстанавливаетс  блокировка генератора коммутирующих импульсов 35. Отмеченные выше особенности пост роени  функциональной схемы измерител  нелинейных импульсов ПН придаю прибору более высокое быстродействие , так как дл  определени  КН используетс  только один период контролируемого пилообразного напр жени . Как видно из диаграмм (фиг.2) врем  установлени  показани  прибора равно Tf, + заь4 известных устройствах это врем  занимает, при мерно 5 с и определ етс  необходимостью эффективного сглаживани  в индикаторе импульсов напр жени  уС выхода ключа-модул тора дл  выделени  их посто нной составл ющей. Формула изобретени  Измеритель нелинейности импульсо пилообразного напр жени , содержащи индикатор, источник опорного напр ж ни , две дифференцирующих цепи, вхо дами соединенные с одним входом изм рител , выход первой из которых черех усилитель-ограничитель подключе к входу буферного каскада, а выход второй дифференцирующей цепи через последовательно соединенные усилитель , первый пиковый детектор, интегратор с разр дным ключом подключен к одному из входов компаратора , и два стробирующих каскада, входами соединенные с вторым входом измерител , каждый из которых выполнен в виде последовательно соединенных регулируемой временной задержки и формировател  строб-импульса , при этом выходы стробирующих каскадов подключены к соответствующим управл ющим входам двух ключей, входы каждого из которых соединены с выходом буферного каскада, а выход каждого из ключей через пиковый детектор подключен к соответствующему входу элемента вычитани  о тличающийс  тем, что, с целью повышени  быстродействи  в него введены п ть элементов И-НЕ, конденсатор, резистор, генератор коммутирующих импульсов, формирователь, измеритель временных интервалов, второй компаратор, повторитель абсолютного значени  напр жени , третий ключ, второй интегратор с разр дным ключом, четвертый пиковый детектор, выходом соединенный с входом индикатора, а входом - с выходом второго интегратора с разр дным ключом , управл ющий ВХОД которого через формирователь соединен с выходом первого элемента И-НЕ и с одним из входов второго элемента И-НЕ, второй вход которого подключен к первым выводам резистора и конденсатора, а его выход соединен с вторым выводом резистора, с входом измерител  временных интервалов и с первым входом первого элемента И-НЕ, вторым входом соединенного с выходом упом нутого компаратора, второй вход которого через повторитель абсолютного значени  напр жени  подключен к выходу элемента вычитани , а третий |вход упом нутого элемента И-НЕ соединен с первым входом третьего элемента И-НЕ, с первым входом четвертого элемента И-НЕ и с выходом второго компаратора, один из входов которого соединен с выходом источника опорного напр жени , а второй его вход с выходом первого пикового детектора и .входом третьего ключа, выход которого подключен к корпусу измерител , а управл ющий вход третьего ключа соединен с управл ющим входом интегратора с разр дным ключом, с вторым выводом конденсатора и с выходом генератора коммутирующих импульсов , вход которого подключен к выходу п того элемента И-НЕ и к второму входу четвертого элемента И-НЕ, выход которого соединен с одним из входов п того элемента И-НЕ, а его второй вход через третий элемент И-НЕ соединен с вторым входом измерител . Источники информации,, прин тые во внимание при экспертизе 1.Одиноков Ф.Ф. Измеритель нелинейности пилообразного напр жени . Измерительна -техника , 1974, № 9, с. 74-76.
2. 2.Авторское свидетельство СССР по за вке № 2600361/18-21, кл. G 01 R 29/02, 06.04.78 (прототип).