マイクロ秒光電流積分器。スキーム、説明

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積分の位相遅延中断を備えたマイクロ秒光電流積分器。無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典

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図 1 に示す回路は、積分期間の位相遅延を備えた XNUMX チャネルのマイクロ秒光電流積分器です。つまり、数分の XNUMX から数十マイクロ秒までのさまざまなデューティサイクルと持続時間のストロボ光パルスを検出できる光検出器です。このパラメータは入力信号の位相に依存し、その後に積分リセットパルスが続くため、積分時間の長さを調整せずにミリ秒単位で設定できます。

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積分器の出力からの信号の後続の和差処理には、1 つの積分チャネル A2 および A2 が必要です。この回路では光電流積分器が使用されており、積分器の出力信号は電圧振幅と時間軸によって制限されたセクションの面積に比例します。入力信号が直流の場合、出力信号はは増加する傾斜した電圧面です (図 XNUMXa)。

正確なアナログ統合は、容量性 OS - C1 および C2 を備えた OA A3 および A4 によって実行されます。積分誤差の主な成分は、ゼロバイアス電圧 Ucm とオペアンプの入力電流によるものです。後者を排除するために、電界効果トランジスタ入力段を備えた積分器としてオペアンプが使用されました。それらのゲートは実質的に電流を消費せず、フォトダイオードPD1とPD2によって生成された光電流はすべて図3の積分容量C4とC1を流れ、出力電圧の増加率は光電流の値によって決まります。ゼロオフセット電圧 Ucm は、出力電圧に大きなドリフトを引き起こす可能性があり、コンパレータ A3 の誤動作を引き起こし、回路の誤動作につながる可能性があります。

したがって、積分器として、Texas Instruments OPA350のオペアンプチップが使用されました。これは、出力信号のゼロオフセットレベルがわずか数ミリボルトであり、ポテンショメーターR7およびR8を使用してこのパラメーターを調整できます。知られているように、積分プロセス中に達成される積分器の出力電圧は、後続のゼロ入力信号でゼロに減少しませんが、「寄生」入力光電流がない場合、所定のレベルに留まり続けます。最大値 Uip。

ストロボパルスがない場合に発生する「寄生」入力光電流を補償するために、逆極性で接続されたフォトダイオードとLED（SD1、PD3およびSD2、PD4）で構成される複合フォトカプラが使用されます。補償調整は、ポテンショメータ R1 および R2 によって、入力パルスがない場合の積分器の出力信号が水平線またはゼロになるまで実行されます。これは積分器が正しく動作していることを示していますが、積分前に光パルスを測定および比較するには同じ初期条件が必要であるため、後者では後続の信号を正しく積分することが事実上不可能になります。

この影響を排除するには、積分器の出力電圧を定期的に Ucm に「リセット」する必要があります。「リセット」リセットキーの積分器では、図のDD1マイクロ回路が使用されます。 1. K176KT1 または K561KTZ を閉じると、キャパシタンス C3 と C4 が放電され、出力電圧がゼロバイアス電圧まで低下します。ここで、コントロール「ボタン」は入力 E1 と E2 です。「リセット」モード（キーが閉じている）では、最初の積分条件が設定されます。このような電子接点とその負荷回路は、制御信号源に電気的に接続されていません。

リセットパルスを生成するには、次のように動作するコンパレータチップ A3 を含む回路が使用されます。図の最初の積分器の出力 6 から、 1. 信号はコンパレータに供給され、基準信号と積分器出力からの信号が等しいときにトリガされます。そのレベルは 20 mV です (図 2)。これは、図 2a および 10c に示されており、ポテンショメータ RXNUMX によって調整されます。したがって、積分器の前段の出力信号の大幅なゼロドリフトは、コンパレータの誤動作や回路の故障を引き起こす可能性があります。

コンパレータは、入力信号にノイズがなく、ゼロドリフトが小さい無限大のゲインを備えている必要があります。このような特性は、非常に高いゲインを持つアンプを使用して得ることができます。これらの要件は、ユニポーラ電源で動作する能力を持つ OPA350RA オペアンプによって満たされます。出力は TTL 信号です。次に、比較器からの出力論理信号は、積分器リセットパルスの位相遅延を形成するための回路に供給されます。 2b.

積分の位相遅延遮断を備えたマイクロ秒光電流積分器

積分器のリセットパルスの遅延は、入力信号の周波数に依存してはならないため、積分器 PD1 と PD2 の入力に到達するストロボ信号は異なる持続時間とデューティサイクルを持っているため、リセットパルス遅延を形成するでは、KR2VI1006 デジタルタイマーの DD1 チップを使用して、リセットパルスの位相遅延を形成しました。

回路の動作の本質は、コンデンサC13が直列接続された抵抗R11とR13を介して線形に充電され、抵抗R13を介して線形に放電されることです。コンパレータからの信号が到着すると、コンデンサの線形充電プロセスが開始され、電圧 Upor=1/2 Upit になります。この値に達すると、たとえ入力に信号があっても、コンデンサは直線的に放電し始めます。コンデンサが放電されると、超小型回路の出力に方形信号が生成され、この信号が位相遅延信号になります。この回路は位相遅れφを発生させ、0<φ<180度で安定に動作します。

周波数範囲を広げるには、コンデンサの静電容量を1 uFにすることをお勧めします。ほとんどの場合、抵抗R11の抵抗値は100キロオームに等しくすることができます。位相シフトはポテンショメータ R13 で補正され、100 kOhm の値を選択することをお勧めします。さらに、タイマー出力のパルスのネガティブエッジで、待機中のマルチバイブレータＤＤ３を起動する。

要素 R12 と C11 の異なる値を使用して、マルチバイブレーターが動作するために別の必要時間を設定できます。マルチバイブレーターは、持続時間 20 ms のパルスを生成します (図 2)。 1dは、DD2マイクロ回路の電子スイッチE1とE3の制御入力に供給され、積分器C4とC6の静電容量を分路し、6つの積分器の出力の信号をリセットし、それによって後続のストロボパルスを処理するための初期条件を作成します。。出力６から積分器の信号が受信され、後続の合計差分処理が行われる。

著者: Altair NTPC; 出版物: cxem.net

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