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

Скачать файл
Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 27.06.2024

Просмотров: 89

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

Рис. 7-8. Временные диаграммы к схеме рис. 7-7.

случае равен:

Р -26)

Для исключения времени задержки /'3 из преобразо­ ванного интервала в момент h с помощью схемы сброса ССб запускается вспомогательный генератор задержки Г3% вырабатывающий импульс длительностью t"3. По окончании этого импульса осуществляется повторный запуск генератора Г З i, а в момент U при срабатывании ССб — повторный запуск генератора ГЗ2 . -Задние фрон­ ты импульсов этих генераторов фиксируют соответст­ венно начало и конец преобразованного интервала Тп.

Из эпюр напряжений нетрудно показать, что

Tn= t2— ti — i'3.

С учетом (7-25) и (7-26) и значений постоянных вре­ мени ti и тг

T n = % t n.

(7-27)

Как следует из формулы (7-27), функция преобра­ зования линейна и определяется только отношением со­ противлений зарядных резисторов. Использование одно­ го и того же источника Е и конденсатора С для форми­ рования экспонент и наличие общего порогового устрой­ ства (дискриминатор Дс) для фиксации моментов ti и tz позволяет исключить влияние практически всех деста­ билизирующих факторов, характерных для конденсатор­ ных преобразователей. Указанные преимущества сохра-

165

йяются при любых реально выполнимых коэффициентах использования напряжения e — URC/E, что дает возмож­ ность построения широкодиапазонных ПМВ.

Кроме того, в данной схеме устраняются погрешно­ сти, связанные с задержками в цепях формирования интервальных импульсов и нестабильностью этих задер­ жек, поскольку они в одинаковой степени влияют на формирование интервалов ti и t2. Это особенно важно при измерении пикосекундных и наносекундных интер­ валов времени, когда измеряемый интервал соизмерим с величиной задержки. Кратковременные изменения за­ держки М'а и At"з, возникающие при повторном запуске генераторов ГЗу и Г З 2 , обычно однозначны, взаимно вы­ читаются и незначительно влияют на разрешающую способность преобразователя.

В качестве элементов задержки r 3 i и Г 3 2 могут быть использованы любые импульсные генераторы в затор­ моженном режиме (мультивибраторы, фантастроны и пр.).

При этом необходимо, чтобы были предусмотрены элементы блокировки, исключающие повторный запуск генератора экспоненциального напряжения в момент t\, запуск генератора ГЗ^ в момент t2 и появление импуль­ сов на выходе устройства при первом срабатывании ге­ нераторов Г3\ и Г 3 2. Наличие этих блокирующих устройств усложняет схему и конструкцию преобразо­ вателя. Несмотря на отмеченные недостатки однокон­ денсаторные преобразователи обладают высокой линей­

ностью и разрешающей способностью

(б7’п=1ч-2%

при разрешающей способности около 1 0

псек) в иано-

секундном диапазоне интервалов времени. Возможны разнообразные реализации таких преобразователей, в том числе и более простые, в которых интервал време­ ни t's, соответствующий повторному запуску генератора экспоненциального напряжения, формируется с помо­ щью пассивной линии задержки.

Двухконденсаторные ПМВ. Выше был рассмотрен преобразователь, в котором формирование функций, необходимых для динамического запоминания, осуще­ ствлялось с помощью одного и того же генератора пу­ тем введения специальной задержки. В [Л. 64, 134] опи­ сан двухконденсаторный преобразователь с формирова­ нием «подобной» функции при помощи дополнительной /?С-цепи. Блок-схема такого преобразователя и эпюры

166

напряжении приведены на

 

 

 

 

 

рис. 7-9,а,

б. С приходом

 

 

 

 

 

старт-импульсов замыка­

 

 

 

 

 

ется ключ Клу и начина­

 

 

 

 

 

ется

экспоненциальный

 

 

 

 

 

заряд

конденсатора

Су

 

 

 

 

 

с

постоянной

 

времени

 

 

 

 

 

x\ =

RiC\

(U1

на

рис.

 

 

 

 

 

7-9). При поступлении

 

 

 

 

 

стоп-импульса

в

момент

 

 

а)

 

 

t = t n

ключ Клу

размыка­

 

и

 

 

ется,

Кл2

замыкается и

 

_ _ _ _ _ _

 

 

конденсаторы Сi и С2 на­

 

 

 

 

 

чинают заряжаться с по­

 

 

 

 

 

стоянными времени Т2 =

 

и,

 

1

 

— R3Cy и

x3= R 3C2,

при­

u,(tj

—

 

1

 

чем t2 =Ti. При этом фор­

i \

1

г.

 

мируются

«подобные»

 

 

б)

 

 

функции

Uy и

U3

(рис.

 

 

 

I

 

 

 

 

7-9,6).

Они смешиваются

 

 

 

 

Рис. 7-9. Функциональная схе­

в развязывающих

каска­

ма (а) и эпюры напряжений (б)

дах РКу и РК2 и подают­

двухконденсаторного ПМВ

с

ди­

ся на общий дискримина­

намическим

запоминанием.

 

 

 

 

 

 

 

тор Дс (рис. 7-9,а). На

выходе дискриминатора в. моменты времени t2 и t3 появ­ ляются импульсы, соответствующие преобразованному интервалу

 

 

ra= ta

. /

—

— t

(7-28)

 

 

и

 

ги.

 

В момент времени

t2 схема

сброса ССб обеспечивает

разряд конденсатора Су, что необходимо

для исключе­

ния влияния

его

заряда

на

работу дискриминатора

в момент времени 7зар.

 

 

 

 

 

Поскольку в данной схеме для фиксации моментов

времени t2 и

f3 используется

один

дискриминатор, не­

стабильность

его порога

срабатывания

7/дс принципи­

ально не оказывает влияния на точность преобразова­ ния, если эта нестабильность имеет медленно меняю­ щийся характер (временной и температурный дрейфы, ттульсации питающего напряжения и т. п.). Это справед­ ливо для несколько идеализированных условий, когда

начальные напряжения на

конденсаторах равны нулю,

а коэффициенты передач

развязывающих каскадов

близки к единице.

 

167

Для реальных схем функция преобразования имеет ^ вид:

+ - 1„ ( 1+ и« Т & ^ 7 ).

<7-29)

где До1 и U02 — остаточные напряжения на

конденсато­

рах Ci и С2; Ki н К2 — коэффициенты передачи развязы­ вающих каскадов PKi и РК ъ

Погрешность, вносимая остаточным напряжением на конденсаторах и развязывающими каскадами, опреде­

ляется вторым и третьим членами уравнения

(7-29). Эту

погрешность можно исключить,

положив

Uoi=UQ2 и

Ki — Кг, что практически несложно обеспечить.

При этом

точность 'преобразования будет

ограничиваться неста­

бильностью параметров U0ь С02, Ki н К2, возникающей вследствие старения элементов схемы и влияния клима­ тических воздействий.

Влияние этих нестабильностей можно оценить, учи­ тывая (7-29) и полагая Ki = K2=\, Uo\ = U02= U 0. Тогда

где бо= (Uoi — U02)/Uoi — относительное

 

)

изменение на­

чальных

напряжений на

конден­

саторах Ci и Сг;

 

бн= {К[ — /\г)1К\ — относительное

изменение коэф­

фициента

передачи

развязывающих

каскадов;

 

 

b = ( U rc — U o) / ( E ~ U 0)

— коэффициент

использо­

 

вания напряжения.

Формулы (7-30) справедливы при Ui—U^c, т, е. при условии, когда измеряемый интервал соответствует кон­ цу динамического диапазона. Из них видно, что погреш­ ности ЬТи0 и бТ,; существенно возрастают при значениях е, близких к единице, когда выделение преобразованно­ го интервала дискриминатором Дс производится в обла­ сти малой крутизны экспонент 11%и {]%

С целью повышения точности преобразователя моле­

но

рекомендовать такой режим

работы, при котором

е^

0,2—0,3- Величина погрешностей в

этом случае не

превышает 1 % при изменении б0

и бк до

1 0 % и практи­

чески не зависят от коэффициента использования напря­ жения е. В качестве развязывающих каскадов можно применять диодные или транзисторные собирающие схе­ мы (схемы ИЛИ). На точность работы преобразователя влияет также изменение падения напряжения на ключе­

вом элементе

(диоде или транзисторе)

из-за его темпе­

ратурного или

временного

дрейфа,

что эквивалентно

уходу порога

срабатывания

дискриминатора Д с и мо­

жет быть оценено с помощью (7-24). Проведенный выше анализ показывает, что в преобразователях с динамиче­ ским запоминанием наиболее существенные погрешно­ сти, связанные с запоминанием информации об интерва­ ле времени 7И и дискриминацией преобразованного интервала Тп, могут быть сведены к весьма малым вели­ чинам. Это обусловливает возможность их применения

для измерения интервалов времени

от 1 нсек,

и более

с погрешностью около 1,5—2% [Л.

134]. При коэффици­

енте преобразования Кп.макс ~ 1 0 3 разрешающая

способ­

ность, достигаемая в подобных схемах, составляет 1 0 — 2 0 псек.

В рассмотренных ранее ПМВ с динамическим запо­ минанием использовались экспоненциальные функции напряжения. Это связано с простотой их практического получения. Однако для реализации принципа динамиче­ ского запоминания могут быть применены и другие ви­ ды функций. Например, в некоторых источниках описа­ ны преобразователи, в которых используются линейные функции напряжения '[Л. 135] и линейные зависимости числа импульсов от времени (Л. 136]. Анализировать эти устройства нет необходимости, поскольку они являются частными случаями' рассмотренных выше преобразова­ телей.

7-4. Преобразователи масштаба времени с авторегулированием скорости разряда

Принцип построения, условие компенсации. Как ука­ зывалось ранее, для нахождения преобразованного интервала необходимо запомнить информацию о значе­ нии функции f(a tH) на время преобразования. Однако

169

Смотрите также файлы