ПИКОВЫЙ ДЕТЕКТОР

ПИКОВЫЙ ДЕТЕКТОР
Предлагаемая полезная модель относится к области контрольноизмерительной техники и может быть использована в измерительных приборах и системах, в частности в устройствах приема и обработки лазерных импульсов.
Известен пиковый детектор (ПД) 1, содержащий операционный усилитель с входными полевыми транзисторами, выход которого через один из двух диодов подключен к «нулевому проводу, а через второй диод к затвору одного из входных полевых транзисторов, соединенному с входом буферного операционного усилителя и через параллельно соединенные конденсатор и ключ - к «нулевому проводу.
К достоинствам известного ПД 1 следует отнести его высокое быстродействие. Однако следует отметить следующие недостатки ПД, которые заключаются в следующем:
повышенная погрешность детектирования малых сигналов;
необходимость второго диода и регулировки смещения первого операционного усилителя;
недостаточно высокая устойчивость буферного операционного усилителя со стопроцентной обратной связью.
Наиболее близким к предлагаемой полезной модели является пиковый детектор 2, выбранный в качестве прототипа и содержащий операционный усилитель (ОУ), выход которого через первый диод
МПК7 G01R 19/04
.
подключен к инвертирующему входу ОУ, а через второй диод к затвору буферного полевого транзистора, соединенного с «нулевым проводом параллельно соединенными цепью сток-исток ключевого полевого транзистора и последовательной R-C цепочкой. Исток буферного полевого транзистора связан с базой выходного биполярного транзистора, выходной эмиттерный вывод которого через параллельную RC-цепочку соединен с инвертирующим входом ОУ.
Недостатками прототипа являются повышенная погрешность детектирования малых сигналов, обусловленная суммарным напряжением смещения полевого буферного и биполярного выходного транзисторных каскадов, а также усложнение схемы в связи с введением биполярного транзистора и диода. Достоинством прототипа является его высокое быстродействие.
Задачей предлагаемой полезной модели является увеличение точности детектирования малых сигналов при отсутствии элементов регулировки.
Для достижения этого технического результата предлагается пиковый детектор, который, как и наиболее близкий к нему, выбранный в качестве прототипа, содержит усилитель, выход которого через диод подключен к затвору буферного полевого транзистора, который соединен с «нулевым проводом через параллельно соединенные последовательную R-C цепочку и цепь сток-исток ключевого полевого транзистора. Затвор ключевого транзистора соединен с входом управления пикового детектора. Сток буферного полевого транзистора подключен к плюсовому источнику питания. Соответствующие выводы усилителя подключены к плюсовому, минусовому источникам питания и к «нулевому проводу.
Особенностью предлагаемого пикового детектора, отличающей его от выбранного в качестве прототипа устройства, является то, что в схему введен второй конденсатор, а в качестве усилителя использован компаратор. Исток буферного полевого транзистора через второй конденсатор подключен к инвертирующему входу компаратора, через третий конденсатор - к выходу пикового детектора, а через второй резистор - к «нулевому проводу. Инвертирующий вход компаратора подключен через третий резистор к «нулевому проводу. Иеинвертирующий вход компаратора через четвертый конденсатор подключен к входу пикового детектора, через четвертый резистор - к «нулевому проводу, а через пятый резистор - к минусовому источнику питания.
Выполнение задач, поставленных при создании предлагаемой полезной модели, стало возможным благодаря введению в схему конденсатора и использованию компаратора в качестве усилителя, а также благодаря соединению истока буферного полевого транзистора через второй конденсатор с инвертирующим входом компаратора, через третий конденсатор с выходом пикового детектора, а через второй резистор - с «нулевым проводом, а также благодаря подключению инвертирующего входа компаратора через третий резистор к «нулевому проводу, а неинвертирующего входа через четвертый конденсатор к входу пикового детектора, через четвертый резистор - к «нулевому проводу, а через пятый резистор - к минусовому источнику питания.
При этом введение конденсатора позволило полностью исключить воздействие постоянного напряжения смещения с выхода пикового детектора на инвертирующий вход компаратора и тем
самым минимизировать ошибку детектирования, сведя ее к ошибке компаратора.
Введение компаратора в качестве усилителя и введение небольшого отрицательного смеш;ения на неинвертируюш;ий вход компаратора позволило без дополнительного диода обеспечить рабочий «нулевой потенциал на выходе компаратора при отсутствии входного сигнала и исключить перегрузку компаратора при уменьшении входного сигнала ПД по сравнению с выходным.
Таким образом, совокупность указанных выше признаков позволяет решить поставленные задачи.
Предлагаемая полезная модель иллюстрируется принципиальной электрической схемой, представленной на фиг.
Пиковый детектор состоит из компаратора 1, выход которого через диод 2 подключен к затвору буферного полевого транзистора 3, к резистору 4, подключенному к «нулевому проводу через конденсатор 5 и к стоку ключевого полевого транзистора 6, исток которого подключен к «нулевому проводу, а затвор к входу установки в «ноль ПД. Сток буферного полевого транзистора 3 подключен к положительному источнику питания, а его исток через резистор 7 подключен к нулевому проводу, через конденсатор 8 - к выходу ПД, а через конденсатор 9 к инвертируюш;ему входу компаратора 1, соединенному с «нулевым проводом через резистор 10. Неинвертирующий вход компаратора 1 подключен к входу пикового детектора через конденсатор 11, к «нулевому проводу через резистор 12 и к отрицательному источнику питания через резистор 13. Компаратор 1 подключен соответствующими выводами к
f
положительному и отрицательному источникам питания и к «нулевому проводу.
Пиковый детектор работает следующим образом.
В исходном состоянии при отсутствии входного сигнала на выходе компаратора 1 присутствует небольшое напряжение его логического нуля. Диод 2 закрыт. Ключевой полевой транзистор 6 открыт нулевым потенциалом, поступающим с входа управления ПД на затвор транзистора 6. Вследствие этого конденсатор 5 разряжен. Полевой буферный транзистор 3 открыт, однако постоянное напряжение смещения с его истока не проходит на инвертирующий вход компаратора 1 благодаря наличию конденсатора 9 и на вход ПД благодаря конденсатору 8. Поэтому на выходе ПД имеет место нулевой потенциал.
Управление работой ПД осуществляется путем подачи на вход управления ПД стробирующего импульса отрицательной полярности заданной длительности (до ста микросекунд). На это время ключевой полевой транзистор 6 закрывается и ПД готов к приему входных импульсов. При поступлении на вход ПД и далее через конденсатор 11 на неинвертирующий вход компаратора 1 входного сигнального импульса компаратор 1 переключается в режим логической единицы по выходу, диод 2 открывается и происходит заряд запоминающего конденсатора 5 через ограничительный резистор 4 максимальным выходным током компаратора. При этом благодаря имеющейся обратной связи с истока буферного полевого транзистора 3 через конденсатор 9 на инвертирующий вход компаратора 1 поступает сигнал сравнения. По прошествии времени, равного переднему фронту входного импульса, конденсатор 5 заряжается до величины амплитуды
входного импульса, после чего компаратор 1 переключается в состояние логического «нуля по выходу, диод 2 закрывается и конденсатор 5 хранит величину амплитуды входного импульса в течение длительности стробирующего импульса. При этом на выходе ПД после конденсатора 8 существуют импульсы длительностью до ста микросекунд и амплитудой, равной амплитуде входных наносекундных импульсов.
Предлагаемый ПД обеспечивает детектирование импульсов длительностью менее 100 нсек и амплитудой от 30 мв с ошибкой 0,3 % от полной шкалы выходного сигнала.
При необходимости расширения выходных импульсов ПД к его выходу подключается управляемая схема выборки-хранения, запоминающая напряжение, равное амплитуде входных импульсов ПД на требуемое время. Так в устройствах приема лазерных импульсов время хранения составляет десятки миллисекунд.
Таким образом, предлагаемая полезная модель решает поставленные задачи, обеспечивая высокую точность детектирования малых сигналов, коротких по длительности, не требуя элементов подстройки. При этом объем схемы ПД минимален. ПД построен на электрорадиоэлементах широкого применения - 521СА5, 2Д522, 2ПЗОЗ и др.
ИСПОЛЬЗОВАННЫЕ НСТОЧННКИ:
1.Сол Мелкайл. Выделение коротких импульсов при помощи широкополосного пикового детектора. Электроника, 1979, JVb 11, с. 80-81.
2.Лейнер. Пиковый детектор коротких импульсов. Электроника, 1979, .№ 6, с. 56-57 (прототип).