книги из ГПНТБ / Маграчев З.В. Аналоговые измерительные преобразователи одиночных сигналов

конструктивно проще осуществляется с помощью рези­ сторов, чем конденсаторов. Другим недостатком схЪмы-- является возрастание погрешности за счет нестабильно­ сти коэффициента передачи расширителя, так как па­ раллельно емкости диода Сд включается паразитная ем­ кость нагрузки.

Достоинством схемы, приведенной иа рис. 7-4, явля­ ется возможность применения в качестве устройства, фиксирующего конец преобразованного интервала, ди­ скриминатора нулевого потенциала, в котором сравни­ тельно просто можно уменьшить погрешности,^связанные

li(0) =E/Ri и /г(О)=E/R2. При размыкании этих ключей стартовым импульсом в контурах LiCj и /-гС2 начина­ ются свободные колебания. Если пренебречь собствен­ ными потерями в контурах, эти колебания описываются выражениями:

160

tц.максАи.мшь Необходимо отметить также, что коэффици­

времязадающей цепи второго контура квадратично зави­ сят от коэффициента преобразования L2C2= KznL\C\. Это приводит при больших Кп к необходимости увеличения значения 1 2С2 этого контура до величины, при которой трудно обеспечить его достаточно высокую стабильность и добротность. К другим недостаткам синусоидального преобразователя относятся трудно устранимые погреш­ ности из-за нестабильности амплитуды колебаний в кон­ турах и наличие большего количества ключей по сравне­ нию с экспоненциальным преобразователем.

Величина коэффициента преобразования, как и в пре­ дыдущей схеме, ограничивается в основном погрешно­ стью запоминания пикового расширителя и для малых интервалов времени имеет значение Кп=10ч-100. В свя­ зи с изложенным применение ПМВ со статическим запо­ минанием наиболее целесообразно для ^и> 100 нсек. По­ грешность из-за нелинейности преобразования составля­ ет в этих схемах 2—4%.

7-3. Компенсационные ПМВ с динамическим запоминанием

Одноконденсаторные ПМВ. Как уже отмечалось, за­ поминание информации об измеренном интервале вре­ мени tn может осуществляться не только в статической форме, когда напряжение на запоминающем конденса­ торе остается квазипостоянным в течение интервала пре­ образования Тт но и в динамической, когда оно изме­ няется по вполне определенному закону [Л. 132, 134]. Пусть, например, напряжение на конденсаторе Uc(l) из­ меняется по закону

при (7-216)

16?

Упрощенная схема устройства, реализующего функ­ ции (7-21,а) и (7-21,6) представлена на рис. 7-6. В ис­ ходном состоянии ключи I(ai и Кл-i разомкнуты. На вре­

Как видно из формулы (7-23), коэффициент преоб­ разования не зависит от величины конденсатора С, что является одним из преимуществ одноконденсаторных преобразователей.

Существенным недостатком рассмотренного устрой­ ства является то, что коэффициент преобразования име­ ет отрицательное значение, а функция преобразования смещена относительно начала координат. Это в ряде случаев, в частности в радноизмернтельной технике, вы­ зывает затруднение при автоматизации процесса изме­ рения временных интервалов. Кроме того, в схеме пре­ образователя, приведенной на рис. 7-6, предъявляются жесткие требования к дискриминатору, изменение поро­ га срабатывания которого существенно влияет на точ­ ность преобразования. Значение этой погрешности не­ трудно определить из уравнения (7-22), полагая ta<g.Tn

и tJr i — TnJxz-

(7-24)

ходом старт-импульса ключ Клу размыкается и

нии стоп-импульса ключ Кл^ замыкается и конденса­

(7-25) генератор экспоненциального напряжения, обра­ зованный конденсатором С и резистором Ru через вре­ мя t'3> t L от начала стартового импульса запускается вторично с помощью генератора задержки Г З и управля­ ющего ключами К л1 и Кл2. При этом формируется функ­ ция, «подобная» экспоненте с постоянной времени х2, но сдвинутая относительно нее на время i'3 — 7„. Интервал времени /2, фиксируемый дискриминатором Дс, в этом

164

Рис. 7-8. Временные диаграммы к схеме рис. 7-7.

случае равен:

Р -26)

Для исключения времени задержки /'3 из преобразо­ ванного интервала в момент h с помощью схемы сброса ССб запускается вспомогательный генератор задержки Г3% вырабатывающий импульс длительностью t"3. По окончании этого импульса осуществляется повторный запуск генератора Г З i, а в момент U при срабатывании ССб — повторный запуск генератора ГЗ2 . -Задние фрон­ ты импульсов этих генераторов фиксируют соответст­ венно начало и конец преобразованного интервала Тп.

Из эпюр напряжений нетрудно показать, что

Tn= t2— ti — i'3.

С учетом (7-25) и (7-26) и значений постоянных вре­ мени ti и тг

Как следует из формулы (7-27), функция преобра­ зования линейна и определяется только отношением со­ противлений зарядных резисторов. Использование одно­ го и того же источника Е и конденсатора С для форми­ рования экспонент и наличие общего порогового устрой­ ства (дискриминатор Дс) для фиксации моментов ti и tz позволяет исключить влияние практически всех деста­ билизирующих факторов, характерных для конденсатор­ ных преобразователей. Указанные преимущества сохра-

165

йяются при любых реально выполнимых коэффициентах использования напряжения e — URC/E, что дает возмож­ ность построения широкодиапазонных ПМВ.

Кроме того, в данной схеме устраняются погрешно­ сти, связанные с задержками в цепях формирования интервальных импульсов и нестабильностью этих задер­ жек, поскольку они в одинаковой степени влияют на формирование интервалов ti и t2. Это особенно важно при измерении пикосекундных и наносекундных интер­ валов времени, когда измеряемый интервал соизмерим с величиной задержки. Кратковременные изменения за­ держки М'а и At"з, возникающие при повторном запуске генераторов ГЗу и Г З 2 , обычно однозначны, взаимно вы­ читаются и незначительно влияют на разрешающую способность преобразователя.

В качестве элементов задержки r 3 i и Г 3 2 могут быть использованы любые импульсные генераторы в затор­ моженном режиме (мультивибраторы, фантастроны и пр.).

При этом необходимо, чтобы были предусмотрены элементы блокировки, исключающие повторный запуск генератора экспоненциального напряжения в момент t\, запуск генератора ГЗ^ в момент t2 и появление импуль­ сов на выходе устройства при первом срабатывании ге­ нераторов Г3\ и Г 3 2. Наличие этих блокирующих устройств усложняет схему и конструкцию преобразо­ вателя. Несмотря на отмеченные недостатки однокон­ денсаторные преобразователи обладают высокой линей­

секундном диапазоне интервалов времени. Возможны разнообразные реализации таких преобразователей, в том числе и более простые, в которых интервал време­ ни t's, соответствующий повторному запуску генератора экспоненциального напряжения, формируется с помо­ щью пассивной линии задержки.

Двухконденсаторные ПМВ. Выше был рассмотрен преобразователь, в котором формирование функций, необходимых для динамического запоминания, осуще­ ствлялось с помощью одного и того же генератора пу­ тем введения специальной задержки. В [Л. 64, 134] опи­ сан двухконденсаторный преобразователь с формирова­ нием «подобной» функции при помощи дополнительной /?С-цепи. Блок-схема такого преобразователя и эпюры

166

тор Дс (рис. 7-9,а). На

выходе дискриминатора в. моменты времени t2 и t3 появ­ ляются импульсы, соответствующие преобразованному интервалу

ально не оказывает влияния на точность преобразова­ ния, если эта нестабильность имеет медленно меняю­ щийся характер (временной и температурный дрейфы, ттульсации питающего напряжения и т. п.). Это справед­ ливо для несколько идеализированных условий, когда

167

С целью повышения точности преобразователя моле­

чески не зависят от коэффициента использования напря­ жения е. В качестве развязывающих каскадов можно применять диодные или транзисторные собирающие схе­ мы (схемы ИЛИ). На точность работы преобразователя влияет также изменение падения напряжения на ключе­

жет быть оценено с помощью (7-24). Проведенный выше анализ показывает, что в преобразователях с динамиче­ ским запоминанием наиболее существенные погрешно­ сти, связанные с запоминанием информации об интерва­ ле времени 7И и дискриминацией преобразованного интервала Тп, могут быть сведены к весьма малым вели­ чинам. Это обусловливает возможность их применения

ность, достигаемая в подобных схемах, составляет 1 0 — 2 0 псек.

В рассмотренных ранее ПМВ с динамическим запо­ минанием использовались экспоненциальные функции напряжения. Это связано с простотой их практического получения. Однако для реализации принципа динамиче­ ского запоминания могут быть применены и другие ви­ ды функций. Например, в некоторых источниках описа­ ны преобразователи, в которых используются линейные функции напряжения '[Л. 135] и линейные зависимости числа импульсов от времени (Л. 136]. Анализировать эти устройства нет необходимости, поскольку они являются частными случаями' рассмотренных выше преобразова­ телей.

7-4. Преобразователи масштаба времени с авторегулированием скорости разряда

Принцип построения, условие компенсации. Как ука­ зывалось ранее, для нахождения преобразованного интервала необходимо запомнить информацию о значе­ нии функции f(a tH) на время преобразования. Однако

169