Файл: Видершайн, М. Н. Производственный контроль параметров элементов цифровой автоматики.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 20.10.2024
Просмотров: 132
Скачиваний: 0
У cm. О
Рис. 51. Принципиальная электрическая схема измерителя интервалов времени с накоплением зарядов
блоком УВ импульс подается на логическую схему И с тремя входами. Схема И будет открыта в течение времени, равного раз ности между длительностью импульса, выдаваемого блоком УВ, и временем зарежки линии задержки Л32. В течение этого времени импульсы от генератора опорных импульсов ГИ поступают в счет чик.
Количество импульсов, поступающих в счетчик, пропорцио нально длительности фронта измеряемого сигнала. Полученный в счетчике двоичный код может быть введен в ЦВМ или выведен на индикатор, связанный с системой автоматики. Аналогичным способом измеряется длительность коротких промежутков вре мени, но в этом случае импульсы, соответствующие началу и концу измеряемого периода времени, поступают соответственно на вход А
блока формирования Ф и на вход |
В линии |
задержки ЛЗХ (см. |
рис. 50). Длительность импульсов |
измеряется путем подачи их |
|
с постоянной амплитудой на вход Д блока |
УВ. Сравнивающее |
|
устройство на туннельном диоде обеспечивает формирование, в момент достижения входным сигналом уровня сравнения, импульса с длительностью фронта, равным нескольким наносе кундам и автоматическую установку схемы сравнения в рабочую точку после снятия входного сигнала.
Сформированный блоком СС2 сигнал через линию задержки ЛЗг подается на вход блока Ф (рис. 51).
Транзистор ПП5 блока Ф нормально открыт, транзистор ПП4 — нормально закрыт, причем коллекторы обоих транзи сторов соединены вместе и работают на общее коллекторное сопро-
118
тивление R3. Нормально напряжение на коллекторах обоих транзисторов равно нулю.
При поступлении на вход А блока Ф от схемы сравнения ССХ положительного импульса транзистор ПП5 закрывается, на вы ходе схемы возникает высокое отрицательное напряжение. В мо мент, когда на базу транзистора ПП4 поступает импульс от схемы СС2, транзистор ПП4 открывается и напряжение на выходе опять падает до нуля. Сформированный схемой импульс через эммитерный повторитель на транзисторе ППЗ поступает на вход схемы УВ. Диод Д4 и сопротивление Яъ образуют цепь нелинейной обратной связи, препятствующей насыщению транзистора ПП5. Схема усиления времени преобразует импульс малой длительности в импульс большой длительности, причем длительность выход ного импульса схемы УВ пропорциональна длительности вход ного импульса. Положительная обратная связь обеспечивается обмоткой II трансформатора Три в цепь которой включен тран зистор ПП1. Длительность импульса, выдаваемого схемой УВ при ее запуске (после окончания работы схемы Ф) коротким импульсом в цепь базы транзистора ПП2, зависит от заряда, на копленного в базе транзистора ПП1 от действия импульса, вы даваемого схемой Ф, так как при отсутствии избыточных зарядов в базе через транзистор ПП1 ток не проходит и цепь обратной связи прерывается.
Диод Д х служит для предупреждения рассасывания неоснов ных носителей через цепь базы. Транзисторы ПП1 и ПП2 целе сообразно выбирать разного типа соответственно р—п—р и п— р—п или наоборот. Устранение неопределенности в показании устрой ства при измерении малых промежутков времени вследствие инер ционности применяемых полупроводниковых приборов произ водится путем создания фиксированных задержек в схеме форми рования </73, и в схеме счетного устройства (ЛЗ 2).
В работе [26] описывается метод, заключающийся в параллель ной селекции неизвестного входного сигнала по заранее установ ленным уровням и интервалам времени.
Блок-схема устройства параллельной селекции показана на рис. 52. Число использованных амплитудных селекторов соответ ствует числу двоичных цифр, содержащихся в каждом цифровом слове на выходе преобразователя.
Напряжение входного сигнала селектируется и преобразуется в это число путем сравнения его с известными дискретными уров нями. После селекции сигнал подается на вход схемы квантования по времени, куда также подается информация о времени. В ре зультате этого на выходе образуется цифровая информация в виде импульса, соответствующего приращению амплитуды входного напряжения на заданную величину в единицу времени.
Анализатор обеспечивает быстрое аналого-цифровое преобра зование одиночных переходных процессов или случайных импуль сов.
И9
Рис..52. Блок-схема |
устройства |
параллельной селекции: |
||
а — аттенюатор: А С „ |
А С г , А С п |
— амплитудные селекторы; |
К И В „ К И В г , К И В п — |
|
квантизаторы интервалов времени; |
У У2, У п |
— усилители; |
Г И — генератор импуль |
|
сов; Д — дешифратор |
адреса; З У |
— тонкопленочное магнитное запоминающее устрой |
||
|
|
ство |
|
|
Он выявляет участки с нулевой производной и в этом режиме может использоваться в качестве многоканального амплитудного анализатора, мертвое время которого зависит только от фронта анализируемых импульсов (возможна разрешающая способ ность 1Q-7 с по паре случайных импульсов длительностью 0,1 мкс каждый).
Устройство содержит ЗУ емкостью 160 8-разрядных слов. Время обращения к ЗУ, равное 10 нс, ограничено быстродействием элементов памяти.
4. Автокомпенсационные методы измерения временных параметров
Рядом преимуществ обладают автокомпенсационные функцио нально-временные методы измерения временных параметров, рас сматриваемые ниже. Этими методами, разработанными автором обеспечивается возможность измерения нано- и пикосекундных интервалов времени при использовании относительно простых электронных схем.
При автокомпенсационном функционально-временном методе измерения отсчет временного интервала производится на стрелоч ном или цифровом индикаторе или выход измерителя параметров связывается с системой, обеспечивающей автоматизацию процес сов измерения и обработки результатов.
120
Рис. 53. Блок-схема автокомпенсационного измерителя временнйх параметров со стрелочным индикатором:
1 |
, 2 — |
схемы сравнения |
2; |
3 — генератор пилообразного' напряжения: |
4 |
— линия задержки; 5 — схема сравнения с переменным уровнем срав |
|||
нения; |
6 — схема запрета; |
7 |
— ждущий мультивибратор; 8 — устройство |
|
запоминания постоянного напряжения; 9 — индикатор
Блок-схема автокомпенсационного измерителя временных параметров импульсных сигналов с получением отсчета на стре лочном индикаторе показана на рис. 53, на цифровом индика торе — на рис. 54.
Блок-схема рис. 53 состоит из двух схем сравнения 1 и 2, гене ратора пилообразного напряжения 3, схемы сравнения с перемен ным уровнем сравнения 5, схемы запрета 6, ждущего мультивибра тора 6, устройства запоминания постоянного напряжения 8, цепи управления уровнем сравнения (цепи обратной связи), индика тора 9 и линии задержки 4,
Блок-схема при измерении длительности фронта импульса работает следующим образом. Схема сравнения 1 срабатывает при достижении входным импульсом 0,1 амплитудного значения, схема сравнения 2 — при достижении импульсом 0,9 своего ам плитудного значения (рис. 55).
Таким образом, сигнал, вырабатываемый схемой сравнения 2 (рис. 53), запаздывает на время тф по отношению к сигналу от схемы сравнения 1. Сигнал схемы сравнения 1 запускает генератор пилообразного напряжения 3. Схема сравнения с переменным уровнем сравнения 5 при отсутствии смещения по цепи обратной связи срабатывает с минимальной задержкой по отношению к сиг налу от схемы сравнения 1, равной времени задержки линии 4. Выходной сигнал схемы 5 поступает на один из входов схемы
Управление уровнем
Рис. 54. Блок-схема автокомпенсационного измерителя времен нйх параметров с цифровым отсчетом:
1 , 2 — схемы сравнения 3 — генератор пилообразного напряжения; 4 — линия задержки: 5 — схема сравнения с переменным уровнем сравне ния; 6 — схема запрета; 7 — преобразователь код—напряжение; в — де
шифратор; 9 — цифровой индикатор
121
Рис. 55. Формирование фронта |
Рис. 56. Упрощенная схема измери- |
импульса |
теля |
запрета би'проходит на ее выход, так как на втором, запрещающем входе схемы запрета 6, сигнал отсутствует. От нее запускается ждущий мультивибратор 7, часть выходного напряжения кото рого запоминается в устройстве запоминания 8 и по цепи обрат ной связи подается на схему сравнения с переменным уровнем сравнения 5. Смещение в схеме 5 изменяется, что приводит к уве личению задержки срабатывания схемы 5 от последующих сигна лов схемы сравнения 1. Устройство продолжает функционировать до тех пор, пока задержка срабатывания схемы 5 не станет рав ной Тф. В этом случае сигналы поступят одновременно на два входа схемы запрета 6. На выходе последней сигнал отсутствует. Схема будет находиться в уравновешенном состоянии. Напряжение смещения, прямо пропорциональное длительности измеряемого промежутка времени, показывается индикатором 9.
Блок-схема автокомпенсационного измерителя временных параметров импульсных сигналов с получением отсчета на цифро вом индикаторе (рис. 54) состоит из двух схем сравнения 1 и 2, генератора пилообразного напряжения 3, линии задержки 4, схемы сравнения с переменным уровнем сравнения 5, схемы за прета 6, преобразователя код— напряжения 7, цепи управления уровнем сравнения (цепи обратной связи), дешифратора 8 и циф рового индикатора 9. Преобразователь код—напряжения 7 ра ботает по принципу поразрядного кодирования. Напряжение на выходе преобразователя пропорционально показаниям триггер ного счетчика, вход которого соединен с выходом схемы запрета 6.
Работа схемы рис. 54 аналогична описанной ранее блок-схеме рис. 53. При поступлении сигналов на вход схемы напряжение на выходе преобразователя код1—напряжение изменяется до тех пор, пока задержка срабатывания схемы 5 не станет равной изме ряемому промежутку времени. Состояние счетчика преобразова теля при этом будет показывать измеряемый промежуток времени в цифровом коде. Дешифратор 8 служит для преобразования двоич ного кода в десятичный, показываемый индикатором 9.
122
Рассмотрим упрощенную схему измерителя (рис. 56) и опреде лим зависимость выходного напряжения схемы от крутизны выход ного сигнала генератора пилообразного напряжения.
Пусть Roc > гтд; RCM> гтд; Rr > гтд, где гтд — сопротивле ние туннельного диода на восходящей ветви туннельного участка характеристики.
Первоначально рабочая точка туннельного диода резисто ром Rm устанавливается вблизи пикового значения тока диода на туннельном участке характеристики. Напряжение /УВЬ1Х по дается в обратной по отношению к смещению полярности и умень
шает ток через ТД на величину |
|
/ о с = ^ р . |
(1) |
А О С |
|
Напряжение генератора пилообразного сигнала |
|
Ur (0 = art, |
(2) |
где аг — крутизна напряжения генератора В/с; |
|
t — время. |
|
Момент срабатывания туннельного диода определится из
равенства тока генератора |
/ г (t) току обратной связи / ос |
||
/г |
(t) = |
/ос- |
(3) |
Учитывая ранее приведенные допущения, |
из соотношений |
||
(1)— (3) находим |
_ |
У;ЫХ |
|
|
|
||
R1 |
Roc |
|
|
Так как в установившемся режиме t — тф, |
получим |
||
|
_ UbhxRi |
(5) |
|
|
ф — |
a rR 0C |
|
Погрешность автокомпенсационного функционально-времен ного метода измерения обуславливается в основном задержкой срабатывания схем сравнения и ошибками вследстве нелинейно сти генератора пилообразного напряжения или схемы задержки на полупроводниковом диоде с накоплением заряда.
Для оценки погрешности, обусловленной схемами сравнения, необходимо проанализировать работу схемы сравнения, построен ной на туннельном диоде. Предполагая, что туннельный диод работает в режиме переключения напряжения (RKвелико), экви валентную схему сравнения можно представить в виде, показан ном на рис. 57.
Считаем, что емкость туннельного диода С (U) не зависит от напряжения, т. е. С (U) = С и определяется только зарядной емкостью р—п перехода (так как диффузионная'емкость мала вследствие малого времени жизни неосновных носителей).
123