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

счет коммутации, могут быть устранены введением ин­ тегрирующего звена на выходе преобразователя.

Таким образом, создание адаптивного аттенюатора по блок-схеме рис. 9-1 возможно лишь для импульсов, на­ много превышающих длительность ложных импульсов. Для измерения коротких сигналов необходимо вводить задержку исследуемого импульса на время адаптации устройства.

9-3. Метод адаптации с использованием линий задержки

На рис. 9-2 представлена блок-схема адаптивного устройства, в котором исключены недостатки предыду­ щего метода [Л. 148, 149, 157]. Как видно из рисунка, устройство состоит из трех каналов с почти идентичными блоками. На входе второго и третьего каналов имеются аттенюаторы с коэффициентом деления di_1. Каскады выбора полярности B lli—ВП 3 преобразуют импульсы любой полярности в однополярный положительный сиг­ нал. Катодные повторители A77i—КП3 с линиями за­ держки Л3\—Л 3 3 предназначены для задержки изме­ ряемого импульса на время, достаточное для сраба­ тывания амплитудного дискриминатора и закрытия ка­ нала.

Ключи Клу—Кл3 совместно с амплитудными дискри­ минаторами АД 1, АДг обеспечивают коммутацию кана­ лов при автоматическом выборе предела измерения. В исходном состоянии до прихода измеряемого импульса ключи Кл\, Кл!к открыты; /(л2, /\л3 закрыты. Буферный каскад БК обеспечивает нормальную работу схемы ком­ мутации при прохождении импульса по третьему каналу. Компенсирующий усилитель КУ компенсирует потери амплитуды в тракте коммутации и обеспечивает на вы­ ходе однополярные импульсы в диапазоне напряжений, при котором нормально работает преобразователь — за­ поминающая ячейка ЗЯ-

В устройстве имеется схема сброса ССб, возвращаю­ щая всю систему в исходное состояние при ручном и автоматическом режиме управления. Блок сброса запо­ минания СЗ исключает ошибку измерения при «пролеза­ нии» импульсов по закрытому каналу.

Для определенности при дальнейшем рассмотрении будем считать, что область вероятных значений входных

201

АД2 равным 10 в. Пусть на вход устройства поступает

Рис. 9-2. Блок-схема адаптивного аттенюатора с лилиями задержки.

импульс проходит через весь тракт первого канала, бу­ ферный каскад Б К и поступает на вход компенсирующе­ го усилителя КУ, где усиливается до напряжения I—■ Ю в. При поступлении на вход импульса более Ю в, но не превышающего 1 0 0 в, срабатывает дискриминатор АДи закрывая ключ Кл± и открывая ключ Кл%. Импульс, уменьшенный входным аттенюатором в Ю раз, проходит через весь тракт второго канала, буферный каскад БК и поступает, как и в первом случае, на компенсирующий усилитель КУ. При поступлении на вход устройства им­ пульса в пределах 100— I 000 в срабатывают дискрими­

раз аттенюатором третьего канала, проходит через весь

202

канал и поступает на компенсирующий усилитель КУ. Индикация полярности и предела измерения осуществ­ ляется неоновыми лампочками. По окончании измере­

Описанный выше метод адаптации накладывает не­ которые ограничения на амплитудно-временные парамет­ ры исследуемых импульсов. Так, при достаточно боль­ шой амплитуде и длительности фронта измеряемых сиг­ налов напряжение на выходе линии задержки успеет на­ расти до некоторого значения прежде, чем сработает дискриминатор, закрывающий ключ К л1 и открывающий ключ Клг. При этом может оказаться, что напряжение, подаваемое на запоминающую ячейку с первого канала, превысит напряжение, снимаемое со второго канала, а индикатор предела измерения зарегистрирует второй предел, что внесет погрешность в измерение. Для по-- яснения сказанного рассмотрим условия коммутации тра­ пецеидального импульса с первого на второй канал, ког­ да его напряжение превосходит уровень дискриминации Н„с= 10 в.

Аппроксимируем передний фронт исследуемого им­ пульса, появляющегося на входе линии задержки перво­

где 11т— амплитуда импульса; Тф — длительность фрон­ та.

Пусть время задержки линии Л З i составляет ta, вре­ мя срабатывания амплитудного дискриминатора .тдс. Тогда фронт исследуемого импульса появится на выходе

Из выражения (9-5) легко найти время i cр, опреде­ ляющее момент достижения напряжением H'(f)BX1 уров­ ня дискриминации. Тогда общее время работы первого канала будет:

Подставляя формулу (9-7) в (9-6), найдем напряже­ ние U(T), до которого нарастает сигнал на выходе ли­

203

нии задержки к моменту закрытия канала:

где

Т ■з= — "Где-

Напряжение на выходе линии задержки второго ка­ нала ЛЗг определяется формулой, аналогичной (9-6):

U (Г)ъьаа = ~И - (< — <а) При t fa,

где /i=di- 1 — коэффициент деления аттенюатора во вто­ ром канале.

Полагая, что измерение после переключения осущест­ вляется по второму каналу и что максимальное напря­ жение во втором канале равно Um/n, легко получить условие, при котором напряжение на выходе первого ка­ нала С/(Г)Вых ие вносит погрешность в измерение:

Учитывая формулы (9-8), (9-9), находим относитель­ ную погрешность bU, обусловленную «пролезанием» им­ пульса по первому каналу:

( 9 ' | 0 )

Из формулы (9-10) видно, что погрешность измере­ ния может быть существенно снижена путем уменьше­ ния коэффициента деления п и отношения U№jUm\одна­ ко при этом возрастает число каналов измерения, что усложняет схему. Наиболее целесообразный путь сни­ жения погрешности — увеличение t3 линии задержки и уменьшение времени срабатывания амплитудного дис­ криминатора тдс. Однако при этом нужно иметь в виду, что увеличение t3 приводит к ухудшению переходной ха­ рактеристики устройства и увеличению влияния пара­ зитных импульсов, вследствие чего возможна потеря ин­ формации о напряжении импульсов малой длительности. Поэтому максимальная длительность фронта импульсов

204

Тф.макс, которые можно подавать на эту систему, опре­ деляется величиной электрической задержки i3, при ко­ торой отсутствуют или малы указанные выше искаже­ ния. Практически с помощью искусственных линий не­ сложно обеспечить задержку ^ ^ 0 ,5 мксек в полосе про­ зрачности 25—30 Мгц {Л. 31], что дает время установле­ ния переходной характеристики около 0,02 мксек. Если величина задержки выбрана, то из формулы (9-10), по­ лагая бЕ/ = 0, можно найти:

Из формулы (9-11) видно, что максимальная допу­ стимая длительность фронта тф.ДОп, при которой отсут­ ствует погрешность 6Н, определяется отношением на­ пряжения импульса к уровню дискриминации Um/Uac, коэффициентом деления и, задержкой Г3 и скоростью срабатывания дискриминатора тдс. Задавшись коэффи­ циентом деления аттенюатора п и уровнем дискримина­

к снижению погрешности за счет прохождения импуль­ са через закрытый канал. С этой целью в момент време­ ни Т, соответствующий переключению каналов, схема сброса запоминания СЗ, образованная двумя блокинггенераторами, запускаемыми дискриминаторами АД t или АДг, подает импульс сброса на диод, через который происходит разряд конденсатора запоминающей ячейки ЗЯ. Импульс сброса должен быть малой длительности с тем, чтобы свести к минимуму потерю информации об измеряемом сигнале. Можно показать, что длительность импульса сброса не должна превышать значения

Т<С/3—Тдс-

'Гак как £3>Тдс, то это условие легко реализуется. Рассматриваемое устройство требует хорошей баланси­ ровки коммутирующих импульсов, которые при «проле­ зании» на выход ключей могут суммироваться с изме­ ряемыми сигналами и приводить к погрешности преоб­ разования.

205

9-4. Метод адаптации с использованием расширителей импульсов

Недостатки предыдущего метода можно устранить, если задержку измеряемых импульсов на время адапта­ ции устройства осуществлять расширителем импульсов с закрытым входом [Л. 149, 150]. В таком расширителе выходное напряжение появляется после окончания вход­ ного импульса, поэтому к моменту поступления расши­ ренных импульсов на ключевые схемы устройство ком-

мутации каналов уже срабатывает. Поскольку дальней­ шее преобразование осуществляется на расширенном импульсе, коммутационные погрешности практически от­ сутствуют.

Блок-схема адаптивного аттенюатора, использующего этот принцип, представлена на рис. 9-3. Как и в преды­ дущей схеме, все три канала устройства идентичны и содержат на входе аттенюаторы и каскады выбора по­

пиковых расширителей. Коэффициенты усиления усили­ телей выбираются такими, чтобы общие коэффициенты передачи каналов имели значения: Anept=10, Дпер2 = К

•Кперз= 0,1.

206

Пиковые расширители импульсов ПР^—ПР3, иден­ тичные во всех трех каналах, предназначены для пред­ варительного расширения отрицательных импульсов, по­ ступающих с выхода усилителей, й получения необходи­ мой временной задержки.

С выхода расширителей положительные расширенные импульсы поступают на ключи /(./ii—Кл3, управляемые триггерами Тгi и Тг2. В исходном состоянии ключ K ai открыт, ключи K a3 и Кл3 закрыты. Запуск управляющих триггеров Тги Тг3 осуществляется амплитудными дискри­

образом облегчает балансировку ключей при коммута­ ции и дает возможность устранить «пролезание» пара­ зитных импульсов, возникающих при переключении ка­ налов.

Рассмотрим условия, при которых обеспечивается коммутация измерительных каналов и не вносятся по­ грешности в измерение. Пусть на вход устройства посту­ пает трапецеидальный импульс с длительностью фронта

.Тф (рис, 9-4,а)..Предположим, что максимальное значе­ ние импульса превышает напряжение срабатывания’ Дд0

207

дискриминатора первого канала. Зная длительность фронта исследуемого импульса и порог дискриминации Uдс, найдем момент срабатывания дискриминатора АДу

иуправляющего триггера Тгt:

^__ ^дс _

‘ ср — ~ П ТФ-

ит

Пусть время, через которое закроется ключ Клу и откроется Кл2 , с учетом фронтов и времени срабатыва­ ния дискриминатора АДу и триггера Тгу будет Где. Тогда к моменту времени

закроется ключ Клу и откроется ключ Кл2- Как мы уже отмечали, выходной сигнал расширите­

лей с закрытым входом появляется в момент окончания импульса или начала его среза, соответствующего мо­ менту смаке (рис. 9-4,а). Для простоты анализа примем Тмакс~ tn. При 1п> 7’к к моменту коммутации Тк сигнал на выходе расширителей первого и второго каналов от­ сутствует. В момент появления расширенных импульсов на выходе расширителей ПРу и ПР2 ключ Клу оказы- вается запертым, ключ Кл% открытым, и импульс с вы­ хода пикового расширителя ПР2 проходит на выход устройства без искажения. Условие отсутствия искаже­ ний можно записать в следующем виде:

Если

к>

то к моменту переключения с первого канала на второй на выходе устройства появится импульс, прошедший с первого канала (рис. 9-4,в). В этом случае часть вы­ ходного сигнала пикового расширителя ПРу успеет прой­ ти на выход устройства и будет суммироваться с сиг­ налом, снимаемым с пикового расширителя второго ка­ нала ПР2 (рис. 9-4,а). Длительность этого паразитного импульса равна tn = TK—tn или с учетом формулы (9-12)

Д т = £ 7 д с , a ti[=Тф. Этот случай соответствует измерению

208