Устройство регистрации пикового значения импульсов

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ (1ц79О245

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву(22) Заявлено 10.07.78 (21) 2642024/18-21 с присоединением заявки ¹(23) ПриоритетОпубликовано 2312,80. Бюллетень ¹ 47

Дата опубликования описания 2512.80 (51)М. Кл.3

Н 03 К 5/22

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (5 ) УДК 621 . 317 . . 326 (088 .8) (72) Авторы изобретения

Н. Н. Багров и А. Д. Ярмак (71) Заявитель

Физико-технический институт низких температур

AH Украинской CCP (54 ) УСТРОЙ;.ТВО РЕГИСТРАЦИИ ПИКОВОГО ЗНАЧЕНИЯ

ИМПУЛЬСОВ

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в приборах для регистрации быстропротекающих процессов, в частности, в масс-спектрометрах для изучения и кон- з троля распределения по высоте состава атмосферы Земли и других планет с борта ракет или других летательных аппаратов.

Известен пиковый детектор-экстрематор, содержащий последовательно включенные операционный усилитель, диодно-емкостную запоминающую ячейку, разрядный ключ, причем выход запоминающей ячейки через истоковый 15 повторитель соединен с инвертирую= щим входом операционного усилителя, который через дифференцирующую цепочку подключен ко входу спускового устройства P1) 20

Недостатком этого устройства является его ни экая помехозащищенность .

При запоминании сигнала, промодулированного помехой, пиковый детекторэкстрематор формирует сигнал, вре- 25 менное положение которого соответствует каждому ложному экструмуму переднего фронта полезного сигнала.

Следовательно, момент начала иэмере-1 ния амплитуды сигнала соответствует 39 не максимуму полезного си гнала, а первому экстремуму фоновой сост а и— ляющей. Следовательно, при зад";í.íîì времени измерения, определяемом бысr— родействием регистрирующего устроив ства, время между положением максимума сигнала и моментом конца измерения изменяется в зависимости от наличия фоновой составляющей, что приводит к погрешности в измерениях.

Известно устройство регистрации пикового значения импульсов, содержащее фиксатор амплитуды, состоя— щий иэ последовательно соединенных операционного усилителя, диодно-емкостной запоминающей ячейки, разрядного ключа, резистора Г2)

Недостатком известного устройства является низкая помехоустойчивость, а, следовательно, и ограниченный динамический диапазон запоминающих сигналов, определяемый амплитудой фоновой составляющеи.

Цель изобретения — повышение помехоустойчивости и расширение динамического диапазона регистрируемых сигналов.

Для достижения указанной цели в устройство регистрации пикового значения импульсов, содержащее фиксатор

191}24

65. <1}1<. 111 1;> JiJ

Па фиг. 1 изображена принципиаль«ал схема устройства, на фиг. 2 диаграммы, поясняющие его работу.

Устройство содержит операционный усилитель 1, к выходу которого подключена диод«о-емкостная запоминающая ячейка, состоящая из диода 2, и конденсатора 3, разрядный ключ 4, резистор 5 обратной связи, соединяющий выход запоминающего устройства с инвертирующим входом операционного усилителя 1. Между выходом операционного усилителя и управляющим входом разрядного ключа 4 последонательно включены.дифференциатор б, диод 7, ждущий мультивибратор 8, конденсатор

9. Параллельно управляющему входу разрядного ключа 4 подключен первый дополнительный ключ 10, управляющий вход которого через резистор 11 одновременно соединен с выходом дифференциатора б и через второй дополнительный ключ 12 с входом ждущего мультинибратора 8.

Устройство работает следующим образом.

В момент времени t . t (фиг. 2) входной сигнал U < отсутствует. Напряжения на выходе операционного усилителя 1 U 4, на конденсаторе 3 U, на выходе дифференциатора U6 и на входе разрядного ключа 4 U+ равны нулю. Ждущий мультивибратор 8 находится в устойчивом состоянии и напряжение на его выходе U8 близко к уровню напряжения источника питания . Ключи 4, 10 и 12 находятся в закрытом состоянии.

Рассмотрим работу устройства при подаче на его вход сигнала, в котором отсутствует фоновая составляющая

В момент времени t Ъ t < к инвертиру:}1!1<}}}у нх<}ду оиерацио«ного усилите.

JIB fly!}KJI(IäûIçëeTcÿ напряжение, рав«о< разности входного напряжения U}}I< и напряжения «а конденсаторе 3 0 .

При этом, эа счет большого коэффициента усиления операционного усилителя 1, напряжение на конденсаторе

3, с большой степенью точности повторяет входное. После прохождения входным сигналом экстремального зна чения в момент времени t = с напряжение на конденсаторе становится выше входного, диод 2 запирается, разрывая тем самым обратную связь, и усилитель, стремясь сохранить режим повторителя переходит в состояиние насыщения U < . Это изменение напряжения на выходе усилителя используется для запуска ждущего мультивибратора. Для этого напряжение предварительно дифференцируется и усиливается дифференциатором б . Отрицательный импульс Об с выхода дифференциаторà, cooTветстнующий экстремуму сиг нала, через диод 7 переводит ждущий мультивибратор 8 в неустойчивое состояние . Времязадающая цепь мультинибоатора расчитана на длительность импульса, равную требуемому времени запоминания пика. По окончании импульса мультивибратора U8, что соответствует нреме«и t = t4, положительный перепад напряжения с его выхода, продифференцированный цепью, состоящей из конденсатора 9 и входного сопротивления ключа 4 U4, открывает разрядный ключ 4 и тем самым обеспечивает разряд конденсатора 3.

В таком состоянии устройство находится до прихода следующего импульса.

В реальных условиях, вследствие воздейстния различных факторов (пульсации питающих «апряжений, флуктуа ции потока ионов «а выходе анализатора масс-спектрометра и др.), импульсы на входе устройства регистрации промодулиронаны помехой, амплитуда которой тем больше, чем выше уровень сигнала и крутизна его фронтов. Каждому экстремальному значению напряжения помехи соответствует отрицательный перепад напряжения U на выходе усилителя 1. Первый скачок напряжения, соответствующий моменту времени е переводит ждущий мульти1 вибратор. в неустойчивое состояние. В момент времени t, когда напряжение U „c«oâà становится равным напряжейию на конденсаторе ячейки памяти, диод 2 отпирается, замыкая обратную связь, и напряжение на выходе усилителя скачкообразно увеличивается до напряжения, равного сумме напряжения U и падения напряжения на диоде 2. Этот положительный перепад напряжения, пройдя дифференциатор, открывает транзистор ключа

12. Мультивибратор 8 переходит в

790245 исходное устойчивое состояние. Одновременно сигнал с выхода дифференциатора открывает транзистор ключа 10, шунтируя тем самым вход ключа 4.Таким образом, во время нарастания фронта входного импульса ключ 4 нечувствителен к импульсам, поступающим с выхода мультивибратора, который во время нарастания фронтами импульса U>> вырабатывает импульсы с частотой, равной частоте помехи . После прохождения вершины импульса в момент времени t каждый последующий экстремум по амплитуде меньше напряжения на конденсаторе 3 запоминающей ячейки.

Напряжение на выходе усилителя, находящегося в режиме насыщения, постоянно и равно 0Н. Длительность импульса мультивибратора Г=t4- с, а, соответственно, и время запоминания максимума сигнала определяется постоянной времени мультивибратора. Начало отсчета времени запоминания определяется временным положением наи-. большего экстремума, т.е. временем и не зависит от наличия фоновой составляющей .

Таким образом, предложенное решение, благодаря помехоустойчивости устройства, позволяет получать на выходе импульсы с плоской вершиной, длительность которой не зависит от амплитуды импульсов и наличия помехи. Снижение требований к уровню фоновой составляющей позволяет расширить динамический диапазон регистрируемых сигналов и измерять сигналы, амплитуда которых соизмерима с амплитудой пульсаций.

Формула изобретения

Устройство регистрации пикового значения импульсов, содержащее фиксатор амплитуды, состоящий из последовательно соединенных операционного усилителя, диодно-емкостной запоминающей ячейки, разрядного ключа, включенного параллельно конденсатору диодно-емкостной запоминающей ячейки, и резистора, включенного между выходом фиксатора амплитуды и инвертирующим входом операционного усилителя, отличающее с я тем, что, с целью повышения помехоустойчивости и расширения динамического диапазона регистрируемых сигналов, в него введены дифференциатор, диод, ждущий мультивибратор, резисторы, конденсатор и два дополнительных клю15 ча, причем выход операционного усилителя через последовательно соединенные дифференциатор, диод, ждущий мультивибратор и конденсатор подключен к управляющему входу разрядного

Щ ключа, параллельно входу которого подключен первый дополнительный ключ, управляющий вход которого через резистор соединен с выходом дифферен, — . циатора и через второй дополнительный ключ — с входом ждущего мультивибратора, при этом управляющий вход второго дополнительного ключа через резистор соединен с общей шиной.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Алабужев Ю. А и др. Пиковый детектор-экстрематор. -ПТЭ, 1977, 9 3, с. 154.

2. Волков Ю. А. и др. Дискретный датчик массовых чисел для цифровой регистрации масс-спектров.-ПТЭ.

1975, Р 2, с. 176 (прототип).

790245

СоставителЬ Н. Маркин

Редактор Е. Лушникова Техред Е. Гаврилешко ктор О. Билак

Заказ 9071/63

Тираж 995 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Маакаа, Х-35, РаУшскак наа. 4 а. 445

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул . Проектная, 4