книги из ГПНТБ / Видершайн, М. Н. Производственный контроль параметров элементов цифровой автоматики

Времени в нс/см или мкс/см. «Медленная» развертка в виде ступен­ чатого напряжения отклоняет луч в горизонтальном направлении. Быстрая и медленная развертки сравниваются при помощи схемы сравнения; в моменты равенства обоих напряжений вырабаты­ вается запускающий импульс, который управляет генератором

дается исследуемый сигнал. Стробирующий импульс при отпира­ нии ключа обеспечивает пропускание части исследуемого сигнала, амплитуда которого пропорциональна его мгновенному значению.

Схема стробирующего ключа показана на рис. 42. Он представ­ ляет собой симметричную мостовую схему, к двум диодам которой подаются стробирующие импульсы противоположной полярности. К подаче этих импульсов диоды отпираются на время их действия. Одновременно по цепи обратной связи на схему подается напряже­ ние с выхода интегрирующей схемы (рис. 43).

Выходной сигнал ключа равен разности мгновенных значений входного напряжения и напряжения обратной связи. Этот сигнал усиливается, интегрируется с помощью интегрирующего конден­ сатора и запоминается. Длительность выходного сигнала выби­ рается малой по сравнению с расстоянием между стробирующими импульсами.

Примером автоматического устройства, построенного на прин­ ципе стробоскопического преобразования, может служить авто­ матическая установка для из­ мерения времени восстановления диодов, описанная в литературе [38]. Установка обеспечивает измерение времени восстанов­ ления в диапазоне 1— 50 нс при использовании внутреннего ге­ нератора стимулирующих им­ пульсов и до 300 нс при внешнем генераторе. Блок-схема уста-

Рис. 44. Блок-схема автоматической установки, предназначенной для из­ мерения времени восстановленных диодов:

1 — проверяемый диод; 2 — кварцевый резонатор стимулирующих импульсов (f =

= 2 мГц); 3 — кварцевый резонатор гене­ ратора стробимпульсов ( f = 1,996 мГц);

4 — генератор стробимпульсов; 5 — гене­ ратор стимулирующих импульсов; 6 — пре­

образователь импульсных (^гналов; 7 — переключатель уровня ограничения; 8 — усилитель; 9 — вычислительное устройство; 10 — генератор маркерных сигналов; 11 — осциллограф; 1 2 — ограничитель; 1 3 — ин­ дикатор «ДА —НЕТ»; 1 4 — устройство от­ счета времени; 15 — стрелочный индикатор

по

ности некоторого числа импульсов, следующих друг за другом через одинаковые эталонные промежутки, времени т 0. По числу импульсов последовательности, которую называют квантующей, судят о величине измеряемого интервала.

Основными элементами устройств, основанных на этом методе, являются схемы сравнения, выдающие импульсы начала и окон­ чания отсчета, высокостабильный генератор опорных импульсов, схемы совпадения и счетные электронные схемы.

Относительная погрешность 60И однократного измерения (пре­

Внастоящее время величину 60 с помощью высокостабильных генераторов сводят до значения 10~7— 10-8 за неделю; при этом основная погрешность определяется погрешностью дискретности т0.

Блок-схема прибора, использующего метод последовательного счета, показана на рис. 46.

Вблок-схеме рис. 46 для исключения неопределенности в еди­ нице младшего разряда частота задающего кварцевого генератора выбирается значительно больше необходимой частоты работы счетчика, а счетные импульсы формируются из сигнала, получен­ ного путем деления частоты кварцевого задающего генератора. Если частота задающего генератора достаточно высока по сравне­ нию с частотой счетных импульсов, то разброс моментов начала этих импульсов не превышает одного периода высокой частоты

иможет быть очень мал.

Рис. 46. Блок-схема прибора с последовательным счетом:

1 — испытуемый элемент; 2 и 3 — устройства сравнения амплитуды; 4 — ключ начала и окончания отсчета; 5 — кварцевый генератор; 6 — делитель частоты; 7 — формиро­ ватель импульсов; 8 — счетчик; 9 — индикатор

Получение высокой разрешающей способности устройства воз­ можно с помощью быстродействующих и стабильных элементов. При применении счетчиков на туннельных диодах на рабочие частоты 100 МГц обеспечивается разрешающая способность таких схем порядка 10— 50 нс.

М е т о д з а д е р ж а н н ы х с о в п а д е н и й [4]. Блоксхема прибора показана на рис. 47. Импульсы от генератора кван­ тующей последовательности импульсов через схему совпадения Сп,

вого импульса открывается схема совпадения Сп и счетчик ре­ гистрирует импульсы с его выхода. При этом вентили Вх, . . ., Вк заперты низким потенциалом, снимаемым с триггера. С приходом стопового импульса прекращается счет импульсов, поступающих со схемы совпадения Сп. Перепад напряжения триггера откры­ вает вентили Вх, . . ., Вк. При этом, если стоповый импульс приходит в момент времени, когда последний импульс совпадений находится в т-ой секции линии задержки, то импульсы появятся на выходах схем от секций ЛЗт до ЛЗК. Импульсы совпадения следуют далее на устройство дешифрования и индикации.

Погрешность метода задержанных совпадений меньше погреш­

Практически погрешность дискретности для схем на полупровод-

Рис. 47. Блок-схема метода задержанных совпадений:

/ — генератор квантующей последовательности импульсов; 2 — триггер; 3 ~ счетчик; 4 — устройство; дополнительной индикации

114

п — 1

=—-—т0, где п — целое число, поступают на вход схемы совпаде­

ний и регистрируются счетчиком точного отсчета. При совпадении импульсов генераторов на выходе схемы совпадений появляется импульс, который блокирует генератор нониусных импульсов.

Измеренный интервал ти при этом методе можно выразить соот­ ношением

ти = — л д т0 + Мн Дтн,

где N — показания счетчика грубого отсчета; NH— показания счетчика точного отсчета;

Дтн = — — шаг нониуса.

Нониусный метод позволяет уменьшать абсолютную погреш­

ность до величины — .

п

М е т о д ы с п р о м е ж у т о ч н ы м п р е о б р а з о в а ­ н и е м . В работе [9] приведено описание функционально-вре­ менного анализатора формы импульсов с использованием схем на туннельных диодах и промежуточным преобразованием типа время— амплитуда.

Блок-схема устройства, показанная на рис. 49, состоит из датчиков уровней 1, 2, пропорциональных регуляторов 3 я 4, генератора прямоугольных импульсов 5, линейного интегратора 6 и индикатора 7. Датчик уровня состоит из туннельного диода, смещение которого под влиянием цепи обратной связи изменяется

до тех пор, пока напря­ жение обратной связи не будет пропорцио­ нальным амплитуде входного сигнала. На­ пряжение обратной свя­ зи запоминается конден­ сатором цепи RC.

Пропорцион альные регуляторы реагируют на уровни, соответст­

вующие 10, 50'и '90% от пикового на переднем и заднем фрон­ тах входных импульсов и вырабатывают узкие положительные или отрицательные импульсы в моменты времени, когда наблюдаются эти уровни.

На туннельный диод задается статическое смещение и, кроме того, подается напряжение от датчика уровня (в аналоговой форме воспроизводящее пиковое значение входных импульсов). Одновременно на туннельный диод подаются входные импульсы. В моменты времени, соответствующие уровню сравнения, сраба­ тывает генератор прямоугольных импульсов. Длительность его импульсов пропорциональна измеряемому промежутку времени. Генератор запускается двумя каналами (положительным и отрицательным), соответствующими двум разным уровням срав­ нения.

Выходное напряжение генератора прямоугольных импульсов преобразуется в линейно-нарастающее напряжение, амплитуда которого пропорциональна длительности импульсов, а значит изме­ ряемому промежутку времени.

Далее выходное напряжение поступает на датчик уровней, который преобразует пиковое значение этого напряжения в соот­ ветствующее напряжение постоянного тока, пропорциональное временному интервалу, в течение которого исследуемый сигнал превышает заданный уровень.

Основные характеристики анализатора приведены в табл. 10. Один из методов измерения параметров импульсов разработан автором*. Метод может быть применен для измерения длитель­

ности одиночных или редко повторяющихся импульсов. Расширение импульсов при этом основано на накоплении

избыточных носителей в базе дополнительного транзистора, вклю­ ченного в цепь обмотки обратной связи трансформатора ждущего блокинг-генератора, запускаемого специальным пусковым импуль­ сом. Длительность импульса блокинг-генератора в такой схеме зависит от заряда, накопленного в базе дополнительного транзи­ стора.

* Видершайн М. Н. Устройство для измерения длительности фронтов им­ пульсов и интервалов времени. Авт. свйд. № 166757 от 13 октября 1964 г.

116

Блок-схема устройства показана на рис. 50, а принципиальная схема— на рис. 51. Импульс, длительность фронта которого необходимо измерить, подается на клеммы «Вход» схемы (рис. 50).

Длительность фронта измеряется на уровне 0,1— 0,9 амплитуды сигнала. Как правило, в большинстве случаев необходимо знать время, в течение которого величина импульса нарастает до опреде­ ленного значения. При настройке первой схемы сравнения напря­ жения (ССХ) на срабатывание при достижении импульсом зна­ чения UJ = 0,Ш тах и настройке второй схемы сравнения на­ пряжения (СС2) на срабатывание при достижении импульсом значения U2 = 0,9£/шах формируются два импульса, причем пе­ редний фронт второго импульса отстает по времени от переднего фронта первого импульса на величину длительности фронта изме­ ряемого импульса Тф. Блок формирования Ф, длительность сиг­ нала с выхода которого пропорциональна длительности хф, за­ пускается импульсом, вырабатываемым схемой CClt’u возвра­ щается в исходное состояние импульсом, вырабатываемым схе­ мой СС2, с постоянной задержкой на время, определяемое пара­ метрами линии задержкиЛЗг. Сформированный в блоке Ф импульс подается на вход Д расширителя импульсов УВ. Далее с задержкой на величину длительности этого импульса на клемму «Запуск» блока УВ подается запускающий импульс. На выходе УВ форми­ руется широкий импульс, длительность которого пропорциональна длительности фронта измеряемого импульса. Сформированный

Рис. 50. Блок-схема измерителя интервалов времени с накоплением зарядов

117

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

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