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

U с макс — Ш в, получив iianj3 si>keinte пиФайня £' = 500 в ;

отсюда понятна неэкономичность этого метода. Свободными от указанных недостатков являются ком­

пенсационные методы преобразования, в которых нели­ нейность функции заряда компенсируется на втором эта­ пе преобразования — считывании информации.

Компенсационные преобразователи могут быть по­ строены по схеме с авторегулнрованием скорости разряда, с динамическим и статическим запоминанием.

Преобразователи с линейной функцией заряда полу­ чили широкое распространение в основном при построе­ нии ВАП и ПМВ, с компенсацией нелинейности — при построении ПМВ. В последующих главах будут рассмо­ трены ВАП и ПМВ на их основе, а затем компенсацион­ ные преобразователи.

Г л а в а ш е с т а я

Линейные время-амплитудные и масштабно-временные преобразователи

6-1. Время-амплитудные преобразователи

Широкое использование время-амплитудных преоб­ разователей в ядерной физике обусловлено наличием в физических лабораториях многоканальных амплитуд­ ных анализаторов, позволяющих производить регистра­ цию измеряемых интервалов времени методом времяамплитудного преобразования. Рассмотрим возможности этого метода преобразования с точки зрения использова­ ния его в измерительной аппаратуре общего примене­ ния.

В основу построения время-амплитудных преобразо­ вателей ВАП положен принцип накопления энергии за измеряемый интервал времени. На рис. 6-1 приведена обобщенная блок-схема ВАП, в которой формирователи Ф1 и Ф2 управляют ключом Кл, обеспечивающим вклю­ чение интегрирующего каскада ИК на время существо­ вания измеряемого интервала. Интегрирующий каскад обычно содержит накопительный элемент (конденсатор или дроссель) и устройство для линеаризации функции преобразования (стабилизатор тока или напряжения).

138

По ряду причин (см. гл. 5) наибольшее распространение получили конденсаторные ВАП, использующие заряд накопительного конденсатора постоянным током.

В [Л. 13] достаточно полно рассмотрены вопросы классификации методов построения и схемной реализа­ ции ВАП. При создании на основе ВАП измерительной аппаратуры общего применения важное значение приоб­

билизации тока заряда устройств с положительной или отрицательной связью; 2 ) с использованием для стаби­ лизации нелинейных элементов с высоким динамическим сопротивлением; 3) с использованием начального уча­ стка экспоненциальной функции при заряде от источни­ ка с высоким напряжением. Последний способ не нашел широкого применения из-за его энергетической неэконо­ мичности.

Время-амплитудные преобразователи, у которых в ка­ честве стабилизаторов тока применяются интеграторы с обратной связью, позволяют получить высокую линей­ ность преобразования в широком диапазоне временных интервалов и сравнительно большой уровень выходных напряжений [Л. 117— 119]. Последнее обстоятельство имеет немаловажное значение, поскольку дает возмож­ ность исключить выходной усилитель п связанные с ним дополнительные нелинейности и нестабильность. Подоб­ ные преобразователи имеют высокую стабильность пре­ образования, так как скорость изменения напряжения на накопительном конденсаторе практически определя­ ется R и С-параметрамн схемы. Однако при измерении коротких интервалов времени существенное влияние на точность работы таких преобразователей оказывает инерционность обратной связи, Покажем это на приме­

139

ре наиболее распространенной схемы ВАП со следящей положительной обратной связью [Л. 119], упрощенная принципиальная и эквивалентная схемы которого при­ ведены на рис. 6 -2 . Коэффициент передачи эмиттерного повторителя ЭП в этой схеме можно представить в виде

I

К ( Р ) = К ( 0) рч + * ’

Рис. 6-2. Время-амплитуднын преобразова­ тель со следящей положительной обратной связью.

с — упрощенная схема; б — эквивалентная схема.

режиме. Тогда операторное изображение напряжения на конденсаторе С будет иметь вид:

Разлагая в уравнении (6-1) экспоненту в степенной ряд и ограничиваясь третьим членом разложения, полу­ чаем:

140

В соотношении (6-2) второй член в скобках характе­ ризует нелинейность функции преобразования

в области малых времен инерционность цепи обратной связи сводит практически к нулю ее эффективность. Вы­ ражение (6-3) справедливо при £ц^0,5тк. Постоянная

ты с высоким динамическим сопротивлением: лампу или транзистор. Ламповые схемы имеют общеизвестные не­ достатки, поэтому в дальнейшем будут рассмотрены только транзисторные преобразователи. В литературе описаны транзисторные преобразователи, у которых в ка­ честве стабилизаторов тока используются каскады с об­ щим эмиттером (Л. 106] или с общей базой [Л. 108, 120, 121]. Предпочтение следует отдать каскаду с общей ба­ зой, поскольку он имеет большее значение выходного сопротивления и более высокое быстродействие. Упро­ щенная схема одного из таких преобразователей приве­ дена на рис. 6-3. [Л. 120]. В этой схеме конденсатор раз­ ряжается через транзистор при поступлении на эмиттер отрицательного импульса, длительность которого равна измеряемому интервалу,

Основным достоинством подобного преобразователя является то, что транзистор Т находится в Открытом состоянии только во время действий входного управляю-

141

щего сигнала. Это позволяет обеспечить значительный ток разряда конденсатора и, следовательно, существенно увеличить уровень выходных импульсов.

Однако скорость разряда конденсатора С в этой схе­ ме в значительной степени зависит от уровня входного сигнала. Это накладывает жесткие требования на ста­ бильность амплитуды и равномерность вершины управ­ ляющего импульса. Этот недостаток, легко устранимый в мпкросекундном диапазоне с помощью ограничителей.

Г

в нано- п пикосекундном диапазоне интервалов времени вырастает в серьезную проблему. Кроме того, как извест­ но, па линейность разряда конденсатора существенное влияние оказывает шунтирующее действие коллекторной нагрузки RK [Л. 73, 122]. С этой точки зрения ее жела­ тельно увеличивать. Однако при этом за счет нестабиль­ ности начального тока коллектора /ко возрастает п не­ стабильность начального напряжения на конденсаторе, что приводит к погрешности преобразования 5V = 8lKoRK. Необходимо отметить также, что при измерении корот­ ких интервалов времени на линейность разряда накопи­ тельного конденсатора существенное влияние оказывает время установления тока коллектора. Рассмотренные не­ достатки затрудняют применение описанной схемы в диа­

[Л. 106, 108]. В этой схеме в исходном состоянии ключ Кл замкнут и через транзистор Т протекает ток, величи­

142