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

2. Способ линейного разряда накопительного конден­ сатора преобразователя, предварительно заряженного до максимального значения напряжения измеряемого импульса.

3. Способ расширения измеряемого импульса на уровне максимального значения с дальнейшим его пре­ образованием по первому пли второму способу.

Сущность всех этих способов сводится к тому, что входной сигнал преобразуется в интервал времени, дли­ тельность которого пропорциональна максимальному зна­ чению измеряемого импульса:

Тп— коэффициент преобразования и интервал времени преобразования соответственно.

Недостатки' первого способа при измерении одиноч­ ных импульсов очевидны. Он дает правильные резуль­ таты лишь для идеализированных прямоугольных им­ пульсов достаточно большой длительности.

По второму способу (рис. 2-6,а) за время существо­ вания импульса накопительный конденсатор преобразо­ вателя с помощью ЗУ заряжается до его максимального напряжения. По окончании импульса начинается разряд конденсатора через стабилизатор тока до первоначаль­ ного напряжения. Дискриминатор интервала преобразо­ вания фиксирует начало и конец разряда и выдает сиг­ налы, соответствующие интервалу времени T„— KnUm, несущему информацию о напряжении измеряемого им­ пульса.

Этот способ преобразования, впервые предложенный Вилкинсоном и Саниным, послужил основой при построе­ нии входных устройств амплитудных анализаторов и цифровых вольтметров одиночных импульсов [Л. 18—21, 51].

В ряде случаев разряд накопительного конденсатора может осуществляться через линейное омическое сопро­ тивление R, подключенное к источнику достаточно высо­ кого напряжения Е [Л. 9]. Схемы, преобразования с токо­ стабилизирующими устройствами не требуют источников высокого напряжения и имеют меньшие погрешности изза нелинейности разряда.

Третий способ основан на предварительном расшире­ нии входного сигнала с последующим его амплитудно-

28

временным преобразованием. При этом Могут быть использованы однопли двухступенчатые расширители импульсов [Л. 9, 16, 32, 44, 48], а в качестве преобразо­ вателей применены преобразователи, выполненные по первому и второму способу. Блок-схема преобразования в этом случае может быть построена согласно рис. 2-6,6. Подобный способ находит применение при измерении

Рис. 2-6. Способы амплитудно-временного преобразова­ ния одиночных сигналов.

амплитуды одиночных импульсов наносекундного диа­ пазона длительностей [Л. 19].

Из сказанного следует, что наиболее простым и ра­ циональным методом построения амплитудно-временных преобразователей (АВП) одиночных импульсов являет­ ся метод разряда накопительного конденсатора, предва­ рительно заряженного до максимального напряжения импульса.

Основной характеристикой импульсных АВП являет­ ся функция преобразования

линейность, крутизна и стабильность которой определяют основные параметры преобразователя. Не останавлива­ ясь на методах оценки характеристик функции преобра­ зования, которые достаточно .рассмотрены в гл. 5 и мо­ гут быть распространены на импульсные АВП, укажем их основные параметры.

Интервал преобразования ТП является выходной функцией преобразователя и связан с преобразуемым импульсным напряжением соотношением (2-17).

Коэффициент преобразования Ки определяет масш­ таб преобразования. От постоянства этого коэффициента

29

зависят линейность, а следовательно, и погрешность пре­ образования. Значение этого коэффициента равно:

где Кпо — номинальное значение коэффициента преоб­ разования; б/Сп-— относительная погрешность коэффици­ ента преобразования.

Относительная погрешность интервала преобразова­ ния 6ГП зависит от постоянства коэффициента преобра­ зования, параметров преобразователя, напряжения, фор­ мы н длительности преобразуемого импульса и опре­ деляется соотношением

никающая вследствие отличия интервала преобразова­ ния Т„ от истинного значения аналога Гпо.

тудной погрешностью, зависящей от параметров преоб­ разуемого сигнала, схемы преобразования, точности дискриминации интервала Т„, наводок и шумов, и ряда других воздействующих факторов.

2-8. Основные погрешности ЛВП и методы их уменьшения

Как ясно из анализа структуры преобразователей, общая погрешность АВП определяется погрешностями, возникающими в процессе накопления и преобразования информации о напряжении импульса, при этом погреш­ ности накопления можно рассматривать независимо от вида функции преобразования. Это полностью относится

а также зарядной погрешности б(7за1р, возникающей в на­ копительных устройствах при заряде конденсатора СнакТаким образом, общая погрешность преобразования из-

30

за потери напряжения импульса описывается выраже­ нием

тока разряда накопитель­ ного конденсатора, протекающего через токостабплизи-

рующую схему; конечной величиной проводимости ком­ мутирующего диода при малых запирающих напряже­ ниях; наличием сопротивлений, шунтирующих токостабнлизпрующпй элемент.

Можно показать, что для большинства схем АВП справедлива эквивалентная схема разряда (рис. 2-7), в которой учтены перечисленные факторы. На этой схе­ ме UC= E + Um E = E 0+ U r0 — начальное напряжение на конденсаторе CriaK до прихода преобразуемого импульса, напряжением Um\ Rm— эквивалентное сопротивление, шунтирующее стабилизатор; Пд — напряжение смещения на диоде; Дд(£/д) — обратное сопротивление диода; Rr — выходное сопротивление генератора сигнала.

Дифференциальное уравнение для разряда накопи­ тельного конденсатора в соответствии со схемой рис. 2-7 при использовании вакуумного диода и аппроксимации

31

Анализ и решение этого дифференциального уравне­ ния, приведенные в 1[Л. 52], дают следующие выражения для функции преобразования (2-17), номинального зна­ чения коэффициента преобразования /<по, погрешности из-за непостоянства тока стабилизатора и влияния шун­ тирующих сопротивлений б/Сп и погрешности, вызывае­ мой проводимостью диода 6/<п.д:

противления также снижает общую погрешность преобразования. Обычно нетрудно бывает обеспечить внутреннее динамическое сопротив­ ление стабилизатора порядка нескольких десятков мегаом. Тогда при заданном коэффициенте преобразования Кио можно подсчитать погрешность бКиг по формуле

Задавшись £/до=0,5 в и амплитудой импульса Um= 10 в, получим из (2-24) суммарную погрешность б/Сп=б^СП{+ + б/Сп.д= 1 + 5 = 6 % . При Um= 1 в бАп~50%, причем по­ грешность возрастает за счет проводимости диода. Эту погрешность можно свести к пренебрежимо малой вели-

3,2