Импульсный усилитель

 

Изобретение относится к импульсной технике. Цель изобретения уменьшение времени восстановления оптимального рабочего режима. Устройство содержит детектор 1, полевой транзистор 2, ограничитель 3, операционный усилитель 4, пороговый элемент 5, конденсатор 6 обратной связи, блок 7 регулировки, генератор 9 серии импульсов, блок 11 согласования и блок 14 автоматического , управления. Блок 7 регулировки содержит элемент задержки, логический элемент И и одновибратор с регулируемой длительностью. Блок 11 согласования выполнен в виде переключателя на диодах и усилителя. Блок 14 автоматического управления включает интегратор, дифференциатор, вьшрямитель и блок выборки-хранения. В описании приведены структурные схемы указанных блоков, а также временные диаграммы работы устройства. 4 3. п. ф-лы. 6 ил. i СЛ 1с to

СОЮЗ СО8ЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК. SU» 122011 др 4 Н 03 К 5/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (61) 790191 (21) 3792918/24-21 322) 21. 09. 84 (46) 23.03. 86. Бюл. и 11 (7 1) Ленинградское научно-производственное объединение "Буревестник" (72) И.С. Анчугов, В.П. елиманов и Е.Н. Мочулов (53) 621.374 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 790191 кл. Н 03 К 5/02, 1979. (54) ИМПУЛЬСНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ (57) Изобретение относится к импульсной технике. Цель изобретения— уменьшение времени восстановления оптимального рабочего режима. Устройство содержит детектор 1, полевой транзистор 2, ограничитель 3, операционный усилитель 4, пороговый элемент 5, конденсатор 6 обратной связи, блок 7 регулировки, генератор 9 серии импульсов, блок 11 согласования и блок 14 автоматического, управления. Блок 7 регулировки содержит элемент задержки, логический элемент И и одновибратор с регулируемой длительностью. Блок 11 согласования выполнен в виде переключателя на диодах и усилителя. Блок 14 автоматического управления включает интегратор, дифференциатор, выпрямитель и блок выборки-хранения. В описании приведены структурные схем мы указанных блоков, а также времен" ж ные диаграммы работы устройства.

4 з.п. ф-лы. 6 ил.!

220119

Изобретение относится к импульсной технике, а именно к предусилителям с импульсной обратной связью, и является усовершенствованием устройства по основному авт.св.

М - 790191.

Цель изобретения — уменьшение времени восстановления оптимального рабочего режима.

На фиг.1 изображена блок-схема импульсного усилителя, на фиг.2 то же, с автоматическим управлением, на фиг.3 — вариант выполнения блока регулировки и блока согласования, на фиг,4 — вариант выполнения блока автоматического управления и диаграммы, поясняющие его работу, на фиг.5 — временные диаграммы сигналов в первом варианте импульсного усилителя в соответствии с реализацией блока регулировки и согласования, на фиг.б — вариант схемы одновибратора с регулируемой длительностью.

Импульсный усилитель (фиг.1) содержит последовательно соединенные детектор 1, полевой транзистор 2, ограничитель 3, операционный усилитель 4, выход которого соединен с выходом импульсного усилителя, с входом порогового элемента 5 и через конденсатор 6 обратной связи с затвором полевого транзистора 2.

Выход порогового элемента 5 соединен с входом блока 7 регулировки, первый выход 8 которого соединен с входом генератора 9 серии импульсов, выход которого соединен с первым входом 10 блока 11 согласования, а второй выход 12 блока 7 регулировки — с вторым входом 13 блока 11 согласования, выход которого соединен со стоком полевого транзистора 2.

Импульсный усилитель с автомати— ческим управлением (фиг.2) дополнительно содержит блок 14 автоматического управления, с первым входом

15, соединенным с выходом операционного усилителя входом 16, и выходом 17 соединенным с входом 18 регулирования блока 7 регулировки.

Блок 7 регулировки (фиг.3) содержит элемент 19 задержки, логический элемент И 20 и одновибратор

21 с регулируемой длительностью.

Вход элемента 19 задержки соединен с выходом порогового элемента 5 и является входом блока 7 регулиров-. ки (фиг. 1 и 2), первым выходом соединен с первым вхьдом логического элемента И 20, а вторым — с входом запуска одновибратора 21 с регулируемой длительностью, Один из выходов одновибратора 21 с регулируеФ мой плительностью соединен с вторым входом логического элемента И 20, выход 8 которого в импульсном усилителе (фиг. 1 и 2) соединен с входом генератора 9 серии импульсов и является первым выходом блока 7 регулировки. Второй выход 12 одновибратора 21 с регулируемой длительностью в импульсном усилителе (фиг. 1 и 2) соединен с входом 13 блока 11 согласования и является вторым выходом блока 7 регулировки.

Блок i1 согласования (фиг,3) содержит усилитель 22 и переключатель 23 на диодах. Вход усилителя

22, который является первым входом

i3 блока 11 согласования„ соединен с выходом 12 блока 7 регулировки, а выход усилителя 22 соединен с вторым входом переключателя 23 на диодах, первый вход которого является вторым входом 10 блока 11 согласования. Выход переключателя 23 на диодах является выходом блока 11 согласования и соединен со стоком поле ого транзистора 2 (фиг. 1 и 2).

Вариант исполнения блока 14 автоматического управления (фиг.4), содержит последовательно соединенные интегратор 24, дифференциатор

75, выпрямитель 26, блок 27 выборки-хранения. Вход интегратора 24 является первым входом 15 блока 14 и соединен с выходом операционного усилителя 4. Второй вход блока 27 выборки †хранен является входом

16 сброса блока 14 и соединен с выходом порогового элемента 5. Выход блока 27 выборки-хранения является выходом 17 блока 14 автоматического управления и соединен с входом 18 блока 7 регулировки.

Описание одного из вариантов схемы одновибратора с регулируемой длительностью (фиг.б). устойчивое исходное состояние: вход запуска — логическая "1", выескии 0 V g — "0" конденсатор С разряжен, U =О, потенциал íà V, около куля.

При подаче отрицательного перепада напряжения на Вход запуска триг1220119

50

rep на Dl.l u Dl.2 опрокидывается, Аормируя на выводе Выход потенциал логический "1", при этом транзистор 1 закрывается и конденсатор С начинает заряжаться от напряжения, поданного на Вход управления длительностью через резисторы Rl и R2.

Постоянную времени заряда конденсатора С можно установить резистором

R1. Напряжение на эмиттере тран3HcTopa V IIoBTopHeT напряжeниe на конденсаторе. При достижении напряжением на транзисторе V э порога срабатывания компаратора, построенного на диоде V3 и D1.3, триггер на D1,1, D1.2 сбрасывает— ся в исходное состояние, формируя на выходе сигнал, длительность которого завист от напряжения, поданного на Вход управления длительностью.

Импульсный усилитель работает следующим образом.

Детектор 1, конвертирующий энергию квантов излучения в пропорциональный энергии заряд токовых сигналов, смещен источником напряжения в обратном направлении ° Входным элементом усилителя является полевой транзистор 2. Ток затвора полевого транзистора 2 в стационарном состоянии меньше обратного тока детектора 1. Ток через полевой транзистор

2 и напряжение на стоке устанавливаются оптимальными с точки зрения минимума шумового вклада, вносимого полевым транзистором 2.Напряжение на стоке полевого транзистора 2 меньше напряжения, при котором возникает ударная ионизация, вызывающая ток затвора. Сток полевого транзистора 2 соединен с ограничителем

3, а выход ограничителя 3 — с неинвертирующим входом операционного усилителя 4, при этом сток полевого транзистора 2 и вход операционного усилителя 4. соединяются гальванически. Ограничитель 3 предназначен для отключения операционного усилителя

4 от стока полевого транзистора 2 в режиме восстановления заряда на конденсаторе 6 при замыкании петли стоковой обратной связи. Ограничитель 3 также фиксирует потенциал на входе операционного усилителя 4 для стабилизации его режима с целью уменьшения восстановления последнего после отключения петли стоковой обратной связи. Операционный усили- .

40 тель 4 обеспечивает необходимое усилен«e. Конденсатор 6 обратной связи, включенный между выходом операционного усилителя 4 и точкой соединения детектора 1 и затвора полевого транзистора 2, определяет зарядочувствительность усилителя. На нем осуществляется преобразование заряда, поступившего с детектора 1 при регистрации кванта, в импульс напряжения.

Импульсы напряжения снимаются с выхода операционного усилителя 4 (фиг. 1 и 5), На Аиг.5 рассмотрен частный случай, когда импульс регулируемой длительности является первым в серии.

Порядок следования этого импульса в серии определяется элементом 19 задержки (фиг.3). К выходу операционного усилителя 4 подключен пороговый элемент 5, величины верхнего И и нижнего И порогов которого определяют границы динамического диапазона выходных сигналов, т.е. начало и конец цикла восстановления импульсного усилителя (фиг.5, диаграмма 28), пороговый элемент 5 управляет работой блока 7 регулировки.

Блок 7 регулировки по заданному алгоритму управляет работой генератора 9 серии импульсов и Аормирует импульс регулируемой длительности.

Порядок следования этого импульса в последовательности остальных разрядных импульсов и разрешение на запуск генератора 9 серии .импульсов могут регулироваться для выбора наиболее эфАективного цикла восстановления заряда на детекторе и, соответственно, уменьшения "мертвого времени и увеличения выходной скорости счета импульсного усилителя.

Сигналы с выхода генератора 9 серии импульсов и выхода 12 блока 7 регулировки поступают соответственно на выходы 10 и 13 блока 11 согла сования, которое необходимо для суммирования входных сигналов, развязки выходов генератора 9 серии импуль сов и блока 7 регулировки между собой, а также для устранения влияния блоков 7 и 9 на режим работы полевого транзистора 2 во время рабочего цикла импульсного усилителя. Пороговый элемент 5 через элемент t9 задержки (Аиг.3) запускает одновибратор 21 с регулируемой длительностью, а через элемент 19 за12:0119 держки и логическую схему И 20 управляет генератором 9 серии импульсов. Злемент 19 задержки служит для задержки запуска через логическую схему И 20 генератора 9 серии импульсов на время запуска одновибратора 21 с регулируемой длительностью и для выбора положения импульса с одновибратора 21 среди серии импульсов генератора 9.

Положительный логический импульс с одновибратора 21 регулируемой длительности (фиг,5, диаграмма 35) через усилитель 22, служащий для согласования выходных логических уровней одновибратора 21 регулируемой длительности с уровнями сигнала,необходимого для управления полевым транзистором 2 по стоку, и переключатель 23 на диодах, необходимьп для развязки усилителя 22 от генератора 9 серии импульсов чри работе и для отключения их от стока полевого транзистора 2 на рабочем ходе HM пульсного усилителя (стоковая обратная связь разомкнута), поступает на сток полевого транзистора 2 (фиг.5, диаграмма 39). Параметры импульса с одновибратора 21 — амплитуда и длительность определяют ре-. жим полевого транзистора 2 в процессе восстановления заряда на его входе и могут быть оптимизированы с целью уменьшения длительности процесса восстановления. После окончания импульса с одновибратора 21 регулируемой длительности через логический элемент И 20 запускается генератор 9 серии, импульсы с которого (фиг.5, диаграмма 38) через переключатель 23 на диодах поступают на сток полевого транзистора 2 (фиг,5, диаграмма 39). Параметры серии импульсов — амплитуда, длительность, частота определяют режим полевого транзистора 2 в процессе восстановления заряда на его входе и также могут быть оптимизированы с целью уменьшения процесса восстановления.

Под действием индуцированного излучения заряда с детектора 1, а также заряда, накапливаемого на конденсаторе 6 обратной связи под действием разностного тока на входе полевого транзистора 2, напряжение на выходе операционного усилителя Й смещается в сторону положительного

39

1О

5О

Ы потенциала (фиг,5, диаграмма 28) .

При достижении верхнего порога порогового элемента 5 последний срабатывает и через элемент i9 задержки запускает одновибратор 21 регулируемой длительности (фиг.5, диаграммы

35 и 36). Тем самым замыкается петля импульсной стоковой обратной связи„ и в сток полевого транзистора

2 поступает импульс напряжения (фиг,5, диаграмма 39). Одновременно данный импульс переводит ограничитель 3 в режим фиксации потенциала на входе операционного усилителя при этом гальваническая связь стока полевого транзистора 2 и входа операционного усилителя 4 разрывается, На выходе операционного усилителя 4 устанавливается максимальный потенциал, Импульсное увеличение напряжения на стоке вызывае" ударную ионизацию и рост тока затвора. Возросшим током затвора компенсируется часть заряда на конденсаторе 6 обратной связи, который накопился за рабочий цикл усилителя.

В момент окончания импульса с од- новибратора 21 с регулируемой длительностью ограничитель 3 замыкает гачьванически сток полевого транзистора 2 с входом операционного усилителя 4, тем самым восстанавливается режим полевого транзистора 2 и операционного усилителя ч, соответствующий рабочему циклу. На выходе операционного усилителя 4 устанавливается напряжение (фиг.5, диаграмма 28), обусловленное нескомпенсированным зарядом на конденсаторе 6 образной связи после подачи импульса с одновибратора 21 с регулируемой длительностью в сток полевого транзистора 2. Это напряжение превышает порог срабатывания порогового элемента 5, и последний не изменяет своего состояния. После окончания импульса с одновибратора

21 с регулируемой длительностью с логического элемента И 20 на вход генератора 9 серии импульсов поступает разрешение на запуск (фиг.5, диаграмма 37). Тем самым опять замьв"ается петля импульсной стоковой обратной связи и в сток полевого транзистора 2 с выхода генератора 9 серии импульсов через переключатель 23 на диодах поступает первый

1220119 короткий импульс напряжения. Процессы, происходящие с ограничителем 3, операционным усилителем 4, аналогичны описанным при подаче импульса с одновибратора 21 с регулируемой длительностью. В момент окончания импульса ограничитель 3 замыкает гальванически сток полевого транзистора 2 с входом операционного усилителя 4 и восстанавливается режим полевого транзистора 2 и операционного усилителя 4, соответствующий рабочему циклу. На выходе операционного усилителя 4 устанавливается напряжение, обусловленное нескомпенсированным зарядом на конденсаторе

6 обратной связи после подачи импульсов в сток полевого транзистора 2. Это напряжение превышает нижний порог срабатывания порогового элемента 5, и он не изменяет своего состояния. Затем с генератора 9 серии импульсов на сток полевого транзистора 2 поступает следующий импульс и описанный цикл повторяется.

Такие циклы подачи разрядного импульса в сток полевого транзистора

2 и паузы, во время которых сравнивается напряжение на выходе операционного усилителя 4 с нижним уровнем порогового элемента 5, происходят до того момента, пока напряжение на выходе операционного усилителя 4 не станет меньше нижнего порога порогового элемента 5 (фиг.5, диаграмма 28). В этот момент пороговый элемент 5 изменяет свое состояние (фиг,5, диаграмма

34) и блокирует запуск генератора 9 серии импульсов. Цикл восстановления заканчивается, и начинается рабочий цикл импульсного усилителя. Границы временного интервала цикла восстановления определяются моментами пересечения выходным напряжением операционного усилителя 4 верхнего и p нижнего уровней порогового элемента 5.

Начальный этап цикла восстановления осущестляется длинным импульсом без пауз, а затем короткими импульсами с паузами, поэтому в начальный этап осуществляется быстрая компенсация напряжения на конденсаторе 6 обратной связи.

В импульсном усилителе (фиг.2) осуществляется автоматическая регулировка длительности одного иэ импульсов серии в зависимости от скорости нарастания сигнала на выходе операционного усилителя (ОУ) 4, т,e. в зависимости от входной скорости счета. При неизменной входной загрузке работа этого импульсного усилителя практически не отличается от работы импульсного усилителя беэ автоматической регулировки (фиг.1).

При увеличении входной загрузки скорость нарастания сигнала (фиг.4, диаграмма 28) при рабочем цикле увеличивается,соответственно блок 14 автоматического управления вырабатывает сигнал, увеличивающий длительность импульса с блока 7 регулировки и изменяющий режим восстановления заряда, накопленного на конденсаторе 6 обратной связи, для минимизации длительности цикла восстановления импульсного усилителя 4.

При уменьшении входной загрузки

2 происходит уменьшение сигнала управления и, соответственно, уменьшение длительности импульса с блока 7 регулировки.

Чем больше входная скорость счета, тем быстрее нарастание сигнала на выходе ОУ 4, больше величина регулирующего напряжения на входе 18 регулировки блока 7 регулировки и тем больше длительность одного из импульсов серии.

Эта операция осуществляется с помощью блока 14 автоматического управления (фиг.2), на вход 15 которого подается сигнал с выхода ОУ 4, на вход 16 сброса подается сигнал с выхода порогового элемента 5 в момент окончания цикла восстановления импульсного усилителя. С выхода 17 блока 14 на вход 18 регулировки

4 блока 7 регулировки подается постоянное напряжение, величина кото рого пропорциональна скорости нарастания сигнала на выходе ОУ 4.

Подробнее работа импульсного усилителя с автоматическим управлением поясняется с помощью фиг.4.

Сигнал 28 с выхода операционного . усилителя 4 сглаживается (сигнал 29) интегратором 24 и подается на диф55 ференциатор 25, на выходе которого (фиг,4, диаграмма 30) величина сигнала определяется скоростью изменения сигнала 29. Полученный сигнал

30 выпрямляется выпрямителем 26

1? 2011 9 (сигнал 31),так как нас интересует скорость нарастания сигнала на выходе операционного усилителя 4 (фиг.2) только во время рабочего хода импульсного усилителя. Сигнал 31 (фиг.4) подается на блок выборкихранения 2/, который запоминает потенциал 32 на выходе дифференциатора 25 и в момент окончания цикла восстановления импульсного усилителя сбрасывается в исходное (нулевое) состояние импульсом 33 с выхода порогового элемента 5 (фиг.2).

Потенциал 32 с блока выборки-хранения 27, пропорциональный скорости нарастания сигнала 28 (фиг.4) на выходе операционного усилителя 4 (фиг.2), т.е. пропорциональный интенсивности квантов излучения на детекторе 1 (фиг.2), управляет величиной длительности импульса с одновибратора 21 с регулируемои длительностью.

Таким образом, чем больше интенсивность квантов излучения, тем больше длительность регулируемого импульса.

Предлагаемое устройство позволяет повысить выходную скорость счета импульсного усилителя, поскольку порционное восстановление заряда ,на конденсаторе обратной связи последовательной подачей длинного импульса и затем серии коротких импульсов в сток полевого транзистора в режиме восстановления импульсного усилителя позволяет минимизировать время восстановления, т.е. мертвое " время, эа счет выбора оптимальной длительности одного из разрядных импульсов с помощью устройства регулировки.

При этом количество коротких импульсов выбирается автоматически, обеспечивая нужную точность определения времени окончания цикла восстановления. Импульсный усилитель с устройством автоматического управления повьппает эффективность работы усилителя в режиме переменной входной интенсивности.

Формула из обретения

Импульсный усилитель по авт.св.

9790191, отличающийся тем, что, с целью уменьшения време5

35 ф

55 ни восстановления оптимального raGo»его режима, в него введены блок регулировки и блок согласования, причем вход блока регулировки соединен с выходом порогового элемента, первый выход блока регулировки соеди нен с входом генератора серии импульсов, второй выход блока регулировки и выход генератора серии импульсов соединены соответственно с первым и вторым входами блока согласования, а выход блока согласования соединен с стоком полевого транзистора.

2. Усилитель по п.1, о т л ич а ю шийся тем, что блок регулировки выполнен в виде элемента, задержки, логического элемента И и одновибратора с регулируемой длительностью, причем вход элемента задержки соединен с входом блока регулировки, первый выход элемента задержки соединен с первым входом логического элемента И, а второй— с входом запуска одновибратора с регулируемой длительностью, первый выход которого соединен с вторым входом логического элемента И, выход которого соединен с первым выходом блока регулировки, при этом второй выход одновибратора с регулируемой длительносТью соединен с вторым выходом блока регулировки.

3. Усилитель по п.1, о т л н- а и шийся тем, что блок согласования выполнен в виде .переключателя на диодах и усилителя, причем вход усилителя соединен с первым входом блока согласования, а выход усилителя — с вторым входом переключателя на диодах, первый вход которого соединен с вторым выходом блока согласования, а выход переключателя на диодах соединен с выходом блока согласования.

4, Усилитель по п.1, о т л ич а ю шийся тем, что в него дополнительно введен блок автоматического управления, причем его первый вход соединен с выходом операционного усилителя, второй вход — с выходом порогового элемента,а его выход — с вторым входом блока регулировки.

5. Усилитель по п.4, о т л ич а ю шийся тем, что блок автоматического управления выполнен в

12

1220119

11 виде последовательно соединенныхинтегратора, вход которого соединен с первым входом блока автоматического управления, дифференциатора, выпрямителя и блока выборки-хранения, причем второй вход блока выборки — хранения соединен с вторым входом блока автоматического управления, а выход блока

5 выборки-хранения соединенс выходом блока автоматического управления.

1220119

88 ozp

Ор.

36 с3драбмлию

ВНИИПО Заказ 1332/60 тираж g1g Подписное

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