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: 107

Скачиваний: 0

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

В частности, если задаться допустимой нестабильностью б71зп.д, то величина тока гдо должна быть:

-

(2‘50)

Выполнение этого условия приводит к уменьшению времени запоминания Тап, позволяет стабилизировать ее величину при изменении окружающей температуры, что бывает важно при построении многоступенчатых или двухканальных расширителен.

Рассмотрим влияние обратного тока диода на по­ грешность преобразования АВП. Можно показать [Л. 54], что это влияние определяется соотношением токов iRо и А и выбором напряжения Un порога дискриминации интервала преобразования Тп. При /г = a//.,<С 1, Ао^А (что обычно выполняется при использовании кремние­ вых диодов) и выборе £/п~0,7/Я величина погрешности бАп.обр после предварительной калибровки преобразова­ теля напряжением Umk равна:

 

 

Mnh /

Мп — и я . о \ 3

 

 

ЬКц . обр

и,п {и„л - и л. о )

(2-51)

 

 

«А *

_____

 

 

 

 

 

 

ЗА(£/тк- и д. в) 3

 

Чтобы погрешность 6/Сп.обр не превышала допустимо­

го значения, следует выполнить условие:

 

 

За

ип

 

М3

]■ (2-52)

‘-До-

45/Сп. ОЗР. до

 

и„

 

 

 

На рис. 2-21 приведен график зависимости 8Ап.обр= = f(h), рассчитанный для наихудшего случая (Umh = 10, Um— 1 в) при £/до=0,4 в. Из него видно, что при h <

< 8 ,5 -1 0-3 б/Сп.обр<1%-

вывод

Полученные результаты позволяют сделать

о том, что влияние обратного тока кремниевых

диодов

в АВП можно исключить, если положить Ао]>Зч-5 мка. При этом погрешность б/<п будет определяться качест­ вом стабилизатора тока и стабильностью порога дискри­ минации.

При построении преобразователей следует учиты­ вать, что с повышением температуры коэффициент ауве-

4* 51

личивается

по

экспоненциальному

закону:

a (<t°) =

— а exp (уАt°).

 

 

и, в частности, для

Коэффициент у = 0,04-4-0,07 град~1

диодов КД503Б

и Д311

имеет

значения

0,046 и

0,053 град~'

соответственно.

При Д^=10°С увеличение

а, а следовательно, и погрешностей у преобразователей на диоде КД503Б составляет 60%- Столь сильная4 зави­ симость тока г'оср от температуры требует выполнения условий (2-50) и (2-52) при максимальной рабочей тем­ пературе. Указанные замечания справедливы при исполь­

зовании в преобразователях

 

 

 

 

 

большинства

выпускаемых

 

 

 

 

 

промышленностью

быстро­

 

 

 

 

 

действующих

импульсных

 

 

 

 

 

диодов.

 

 

 

 

 

 

 

Погрешность из-за инер­

 

 

 

 

 

ционности диодов.

Как изве­

 

 

 

 

 

стно [Л. 40], инерционность

 

 

 

 

 

полупроводниковых импуль­

 

 

 

 

 

сных диодов обусловливает­

 

 

 

 

 

ся процессами накопления и

 

 

 

 

 

рассасывания

неосновных

 

 

 

 

 

носителей в базе диода. Наи­

ю~3z

5 W2 2 5

 

более существенное влияние

ю~1 на преобразование

одиноч­

Рис. 2-21.

Графики

зависимо­

ных сигналов оказывает ко­

нечное время восстановления

сти

[б/Сп.обр| = l ( h )

при

U до =

обратного

сопротивления

= 0,4

в.

 

 

 

 

 

 

 

 

диода Твосот-

Это

приводит

к тому, что при обратном переключении диода из про­ водящего состояния в запертое на участке спада сигнала через диод протекает импульсный ток обратной поляр­ ности, снимающий часть заряда с накопительного кон­

денсатора СНак- Величина этого

заряда равна заряду

переключения диода:

 

 

 

Qn— xQu (7ц),

 

где Qu(^ii) — заряд

неосновных

носителей,

накопленный

в базе диода к

моменту переключения;

х — коэффи­

циент, определяемый структурой диода и режимом пере­

ключения, имеющий значение к = 0,8 -ч- 0,9

при низком

уровне инжекции

и х= 0,3-ь0,5 — при высоком

уровне.

Таким образом, если известна

величина

Qh(^h), т о

м о ж н о вычислить

погрешность

преобразования

из-за

52

влияния инерционности диода:

 

AUm = - xQ" ('п) -■

(2-53)

^11

 

В ряде работ рассмотрены методы определения на­ копленного заряда. Например, в [Л. 40] приводится фор­ мула

Q M = *л(/д2)Тэфф ,

где t4(/„)— прямой ток, протекающий через диод непо­ средственно перед моментом запирания; Тэфф— эффек­ тивное время жизни неосновных носителей заряда.

Для случая ^и^ Т эфф И. С. Крашенинниковым дается формула

Q n ( ^ i ) = tд ( ^ц) Тэфф.

Им же в [Л. 39] приводится выражение

Qn(tu)— t,(fn)2X3** g

*

учитывающее зарядную погрешность ДДзар безынер­ ционного диода и его температурный потенциал ср*.

В .наносекундном диапазоне, когда длительность импульсов соизмерима с тЭфф, приведенные выше форму­ лы дают значительные погрешности при расчете.

Наиболее существенные результаты при оценке инер­ ционных параметров диодов были получены Д. Ю. Эйдукасом на основе метода заряда и решения диффузионно­ дрейфового уравнения

< 2 - 5 4 >

На основе этого же метода с учетом выражения (2-34) можно найти погрешность из-за инерционности ДUnn в диодно-конденсаторном накопителе. После подстанов­ ки в уравнение (2-54) значения in(t„), имея в виду (2-53), получим, при

_

j

U - & U 3!tV

г ,

( и - Ш „ р у - Ч ,

Л---

а - \

L

I U n + V )

л—

* \

 

 

1 ^ДО^Д. Л \.

 

 

'

a

j ’

при ^и> ^ 0

 

ф (4С/аар)

 

 

ш .JIH. э -

 

+ ддин а.)]

 

 

53

где

 

 

 

 

 

 

 

. -и и

заР

, —Ш

1л

 

1э

х =

ое

 

Лс ■-Ьс т\

1Эфф ’

ь =

Хэфф ’

\и

\

 

/ ^ л . с — ^ 'д

Цд.р-Ц'д. W

+

а и ™У°) — | а — 1

У» + и

 

 

 

 

*ДОт Эфф

j X,

 

 

 

 

 

Сн

 

 

Ф(А^/зар) = E i(x )—E i(xc)\

Ei — интегральная показательная функция. Приведенные ранее выражения позволяют оценить

погрешность преобразования, возникающую из-за инер­

ционных параметров диодов.

 

 

 

 

 

 

 

 

На рис. 2-22 приведены для примера графики

зависи­

мости

— f п \

. Из

сопоставления

этих

гра-

 

х

4 /тэфф=\-аг

 

 

 

 

 

 

 

1

фиков с зарядными

погрешностями,

приведенными на

 

 

 

 

рис. 2 -1 8 ,6 ,

можно

сде­

 

 

 

 

лать заключение, что при

 

 

 

 

тЭф ф < 2н -3

нсек

 

погреш­

 

 

 

 

ность

АПин-САПзар и

ею

 

 

 

 

можно пренебречь.

 

 

 

 

 

Полученные

результа­

 

 

 

 

ты

позволяют

 

оценить

 

 

 

 

диапазон

длительностей

 

 

 

 

ИМПулЬСОВ

Ai.Mim

^п.макс>

 

 

 

 

в котором можно прене­

 

 

 

 

бречь погрешностью A Uim

 

 

 

 

или выбрать диод с необ­

 

 

 

 

ходимым

значением

тЭфф

 

 

 

 

в

заданном

 

диапазоне

 

 

 

 

длительностей импульсов.

 

 

 

 

При этом

можно счи­

 

 

 

 

тать, что если ДН1т<

 

 

 

 

<0,2ДН зар, то диод в дан­

 

 

 

5 0 Н се к

ном

 

преобразователе

 

 

зависимости

практически

безынерцио­

 

 

нен

и погрешность At/,ra

8UBU/x

— f (МТэфф- уаг

при Сн =

можно

не

учитывать.

 

 

=

50 пф.

 

В противном

случае

при

54

оценке общей погрешности ее суммируют с зарядной ito* грешностью A U зар и относительную погрешность при за­ ряде рассчитывают как

г,Г Г

А^ЗВР Н~ № пн

О'-'эор---

п

Г л а в а т р е т ь я

Методы снижения погрешностей и повышения быстродействия преобразователей

3-1. Вводные замечания

Погрешности преобразования напряжения одиночных импульсов определяются погрешностями, возникающими в процессе накопления и преобразования информации о максимальном значении напряже­ ния. В области малых напряжений и длительностей импульсов наког пительные погрешности, возникающие из-за инерционности и нелиней­ ности накопительных устройств, являются доминирующими. Для их уменьшения применяются рассмотренные выше быстродействующие импульсные полупроводниковые диоды, обладающие высокой прово­ димостью, малыми инерционностью и нелинейностью. Использование систем ускорения заряда накопительного конденсатора и методов двухканального преобразования позволяет существенно уменьшить

влияние

нелинейности

и инерционности накопительных устройств

(Л. 20, 34, 40], а таких

методов, как дифференциально-интегральный

и метод

коммутации тока — увеличить порог чувствительности пре­

образователей [Л. 55, 57, 59]. Одним из путей уменьшения длитель­ ности преобразуемых импульсов является метод преобразования одиночного сигнала в квазипоследовательность (Л. 29, 30, 60].

Интегральные методы преобразования, позволяющие получить информацию об обобщенных параметрах импульса, в том числе и об амплитуде, направлены главным образом на разрешение трудностей, возникающих при измерении ианосекундных импульсов в милливольтовом диапазоне напряжений. Эти методы подробно рассмотрены в работах М. И. Грязнова {Л. 34, 37, 38].

Существенное влияние на погрешность измерения напряжения оказывают переходные характеристики тракта передачи сигнала и методы согласования тракта передачи с преобразователями '[Л. 31, 61].

В процессе преобразования информации об амплитуде импульса основные вопросы связаны с задачами увеличения коэффициента пре­ образования в АВП и коэффициента расширения в РИ при обеспе­ чении достаточной широкодиапазонности и малой погрешности преоб­ разователей. В РИ с этой целью применяют системы с отрицатель­ ными и положительными обратными связями, а также двухканаль­ ные методы преобразования [Л. 34]. Для уменьшения погрешностей АВП используют различные способы, устраняющие влияние формы сигналов на процесс преобразования в аналог. Одним из наиболее эффективных является метод двухканального построения АВП. Из

55

Смотрите также файлы