Файл: Маграчев З.В. Аналоговые измерительные преобразователи одиночных сигналов.pdf

— 0,7; 0,8 и 0,9, рассчитанные по формуле >(4-17) для

фики показывают, что рассмотренный способ позволяет существенно уменьшить погрешность преобразования, однако при значительном разбросе параметров li и Is малые погрешности в широком диапазоне длительностей не обеспечиваются.

Этот недостаток можно устранить путем подбора вен­ тилей с почти идентичными характеристиками например с приблизительно одинаковыми начальными токами при одном и том же смещении.

Для обеспечения большей точности вычитания и со­ ответственно получения более достоверных данных о тре­ буемой величине отношения (4-19) калибровку или на­ стройку преобразователя целесообразно производить в области минимальных напряжений и длительностей измеряемых импульсов, т. е. там, где зарядные погреш­ ности максимальны.

Благодаря изложенному удается скомпенсировать неидентичность вольт-амперных характеристик вентилей в точке калибровки и Свести к минимуму или усреднить погрешность преобразования в области малых напряже­ ний и длительностей измеряемых импульсов. С увели­ чением импульсного напряжения относительные погреш­ ности уменьшаются, что обеспечивает широкодиапазонность двухканальных преобразователей.

На базе рассмотренного метода возможно построе­ ние двухканальных АВП и РИ, у которых погрешности за счет недозаряда накопительного конденсатора и ряд погрешностей преобразования интервала могут быть существенно уменьшены. Рассмотрим возможные прак­ тические реализации таких преобразователей.

На рис. 4-7,а представлена блок-схема АВП с пла­ вающим порогом дискриминации. Идея построения схе­ мы сводится к тому, что уровень дискриминации интер­ вала преобразования в АВП определяется напряжением расширителя, абсолютное значение зарядной погрешно­ сти которого одинаково с зарядной погрешностью АВП. Благодаря этому при уменьшении напряжения на нако-

109

преобразования АВП Тп= 1 0 0 мксек, то длительность расширенного импульса должна быть также не менее 100 мксек. Одноступенчатая диодно-емкостная запоми­ нающая цепочка дает коэффициент расширения не ме­ нее 10. Тогда при длительности входного импульса ta= =20 нсек на вход расширителя Р поступит импульс длительностью 0 , 2 мксек, а требуемый коэффициент рас­ ширения расширителя составит 500, что легко обеспечи­ вается двухступенчатым расширителем импульсов.

Вследствие недозаряда накопительных конденсаторов Сват и СНак2 в момент окончания входного импульса амплитудой Um напряжение на этих конденсаторах бу­ дет описываться выражениями (4-1). По окончании импульса конденсатор СиаК1 начинает разряжаться по ли­ нейному закону до момента равенства напряжения на нем опорному напряжению, снимаемому с расширителя Up. Этот момент фиксируется дискриминатором. Таким образом,

Можно считать в первом приближении, что выходное напряжение расширителя в момент сравнения отличает­ ся от напряжения на конденсаторе СНак1 на величину коэффициента передачи расширителя К Р:

дискриминатором интервала в соответствии с выраже­ нием (4-21) получим:

^

ill

При использовании неидентичных нелинейных эле­ ментов подобрав значения fi(P ) и h(P)> мож­ но добиться условия

h _ h (P ) Kvh U(P)>

при котором l( t ) = 0. В этом случае, выражение (4-22) преобразуется к виду

т. е. не зависит от зарядных погрешностей.

Таким образом, в описанном АВП с плавающим по­ рогом дискриминации удается либо исключить, либо су­ щественно уменьшить погрешности преобразования, свя­ занные с недозарядом накопительного конденсатора. В АВП подобного типа удается осуществлять преобразо­ вание импульсов длительностью 20—30 нсек при ампли­ тудах до 1 в и меньше.

В рассмотренной выше схеме АВП не устраняются аддитивные погрешности, связанные с нелинейностью коэффициента преобразования за счет конечной обрат­ ной проводимости зарядного диода бКп.д, а также уров­ ня помех и шумов б0 П,Ш, Кроме того, существенное зна­ чение имеют погрешности, зависящие от формы верши­ ны и среза импульса 8Тф, которые устраняются введе­ нием управляемого нелинейного ключа на входе АВП, как это описано в § 2-8. Однако при этом возникает дополнительная погрешность за счет пьедестала б'Un. При преобразовании импульсов малой амплитуды резко возрастают погрешности АВП за счет отличия порога

пульса.

Как было показано выше, двухканальный метод пре­ образования позволяет исключить погрешности подоб­ ного вида при структурной идентичности каналов.

121

На рис. 4-7,6 представлена блок-схема двуХКайаЛЬкого АВП, состоящего из двух идентичных по схеме преобразователей, которые соединены по входу через делитель напряжения (Л. 79]. Выходные импульсы этих преобразователей подаются на схему временного вычи­ тания ВВ, с выхода которой снимается сигнал длитель­ ностью Т±—Т% не зависящий от перечисленных выше погрешностей. Выражение для интервала преобразова­ ния 7’п, получаемого с выхода формирующего устройст­ ва каждого из преобразователей, могут быть записаны в виде

Тогда после схемы временного вычитания с учетом выражений (4-4) и (4-25) будем иметь:

Tn= Um (КП1 — пКш) — f (М) (Кш — К аг) —

(4-26)

Для того чтобы интервал преобразования 7’п не за­ висел от погрешностей накопления и преобразования, необходимо, чтобы коэффициенты преобразования обоих преобразователей были равны Kni—Kn2 =K n. В этом слу­ чае выражение (4-26) преобразуется к виду

Тп= К аит ([ - п ) - К а \ ± \ ( Р ) - ± Ь ( Р ) ] . (4-27)

Ранее было показано, что подбором логарифмиче­ ских функций f(P ) можно обратить второй член равен­ ства (4-27) в нуль. Тогда с выхода преобразователя бу­ дет сниматься интервал

7’п—Ant7m(l—n) ,

не зависящий от рассмотренных выше погрешностей. Так как 7Сп=Сн//ст, где /0т — ток стабилизатора,

а Сн — емкость накопительного конденсатора, равенство Кщ — Клг. обеспечивается регулировкой тока одного из токостабилизирующих устройств. С помощью построен­ ного таким образом АВП удается преобразовывать им­ пульсы с минимальной длительностью до 5 нсек и на-

Пряжением до 0,5— 1 в. Интересно отметить, что с по­ мощью рассмотренного выше метода можно получить аналог амплитуды одиночного импульса в виде квазипостоянного напряжения. Действительно, если подавать два линейно-спадающих напряжения, образующихся при разряде на конденсаторах CHi и Сна, на схему вычита­ ния напряжения ВН, то разностное напряжение в тече­ ние интервала преобразования второго АВП будет близ­ ко к постоянному. Запишем выражения для выходных напряжений на конденсаторах Сщ и Сгй:

если оба линейно-спадающих напряжения имеют одина­ ковую крутизну, т. е. коэффициенты преобразования обоих АВП равны. Расширенный импульс, снимаемый со схемы вычитания, имеет длительность, равную пТи. Таким образом, если коэффициент преобразования АВП имеет, например, величину Ап=Ю0 мксек/в, /г = 0,5, то при поступлении на вход преобразователя импульса дли­ тельностью 1 0 нсек напряжением 1 в длительность рас­ ширенного импульса составит 50 мксек, что соответству­ ет коэффициенту расширения К х= 2 500. Импульс дли­

тельностью 50 мксек несложно расширить, преобразовав его в квазипостоянное напряжение. Можно оценить выигрыш в увеличении длительности расширенного им­ пульса в двухканальном АВП с аналоговым вычитанием по сравнению с простым диодно-кондеисаторным расши­ рителем. Для этого целесообразно 'Параметры обоих преобразователей выбрать таким образом, чтобы скоро­ сти спада их выходного напряжения при ^ = 0 были рав­ ны. Это приводит к равенству nTn= R uCa. Тогда с уче­ том выражения (2 -8 ) выигрыш

1

V r — In (1 — 5ё/3п.дсш)

114.