SU1370657A1 - Высоковольтный генератор степенной функции - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к аналого- вым вычислительным и к измерительным устройствам экспериментальной физики , в частности к диагностическим приборам дл  исследовани  ионных сгустков, полученных из импульсной плазмы. Целью изобретени   вл етс  повышение точности работы генератора. Высоковольтный генератор степенной функции содержит параллельно включенные КС-цепи 1 - 1 , разр дный резистор 2, , 2j, нагрузочный конденсатор 3, высоковольтный ключ 4, первый 5 и второй 6 ключи, эталонный конденсатор 7, преобразователь 8 интервала времени в код. RC-цепи вьшолнены в виде последовательно включенных врем задающих резисторов 9,-9 и вре- м задающих конденсаторов 10,-10 . Генератор имеет вход II запуска, входы 12 и 13 задани  режима работы, цифровой калибровочный вход 14, аналоговый выход 15, цифровой выход 16, шину высокого напр жени  17. Достижение поставленной цели обеспечено благодар  введению в генератор двух ключей , эталонного конденсатора и преобразовател  интервала времени в код, а также благодар  новым св з м между указанными элементами. I ил. i (Л

Description

ВД dli

1

fa

со

о

О)

ел

Изобретение относитс  к аналоговым вычислительным и измерительным устройствам экспериментальной физики, в частности к диагностическим прибо- рам дл  исследовани  ионных сгустков, полученных из импульсной плазмы.

Цель изобретени  - повышение точ ности работы генератора.

где и /} определ ютс  видом функции U(t), количеством элементов разложени  (экспонент), интервалом разложени ;

- тз г

1. f,-

с- к.с„

R.C,,

1; 2; 3) - посто нные времени. После разложени  по степен м р

и(р) и, Z

Р Ль

(А)

На чертеже представлена блок-схе Ю полиномов числител  и знаменател  ма высоковольтного генератора сте- выражени  U(p) получают соотношение: пенной функции.

Предлагаемый генератор содержит параллельно включенные КС-цепи 1,-1 , разр дный рез истор 2, выполненный в 15 виде делител  напр жени  на резисторах 2, и 2, нагрузочный конденсатор 3 с емкостью С, высоковольтный ключ

4, первый 5 и второй 6 ключи, эта-„ ..

„-. -.,, ливаетс  при сравнении выражении (3)

лонный конденсатор 7 и преобразова- /О ,, ч .. л i / ,

и (4). Полага  1 1 мкс (см. формулу

Соответствие между заданными значени ми 0 ,

1 и параметрами элект0

рическои схемы f , и С устанавтель интервала времени в код 8. КС- цепи 1,1 KJ выполнены в виде последовательно включенных врем задающих

резисторов 9,-9у и врем задаю1цих кон ,„.74 посто нных времени i. , Cl, С ,

денсаторов 10,-10,,, выполненных циф- . , , „,к„„, „„.,„„,.„ °„ роуправл емыми. Количество RC-цепей 1,-1 определ етс  числом экспонент, аппроксимирующих требуемую функцию

(в данном случае число аппроксимиру-

,х „qn мени в m раз, то необходимо, сохрающих экспонент N+1). Iенератор чмеет и г- I-uifR тр жр чн чрны  гпггпптмппрний по-

вход 11 запуска, входы 12 и 13 задани  режима работы, цифровой калибро (1) и сопоставл   выражени  (3) и (4), находим по известным из аппроксимации параметрам о к и значени 

что позвол ет выбрать значени  сопротивлений резисторов и емкостей конденсаторов . Если требуетс  увеличить (уменьшить) значение посто нной вре-

нив те же значени  сопротивлений резисторов , увеличить (уменьпшть) в m раз значени  емкостей конденсаторов .

вочный вход 14, аналоговый выход 15, цифровой выход 16 и шину 17 высокого напр жени .

Генератор способен генерировать импульсы напр жени 

U(t)

(

(1) 40

где Т - посто нна  времени;

и - амплитуда генерируемых импульсов;

п - показатель степени (п О). При размыкании высоковольтного ключа 4 на выходе генератора выраба- тьгоаетс  импульс напр жени , равньй cvMMe экспонент

U(t) U(, Х .V, ехр (),

k

ИЛИ в операторной форме Лапласа;

и, М . t -7(

U(p) Pt /-

-t- -- + р z

и(р) и, Z

Р Ль

(А)

Соответствие между заданными зна„ ..

чени ми 0 ,

1 и параметрами элект0

рическои схемы f , и С устанав (1) и сопоставл   выражени  (3) и (4), находим по известным из аппроксимации параметрам о к и значени 

, , „,к„„, „„.,„„,.„ °„

что позвол ет выбрать значени  сопротивлений резисторов и емкостей конденсаторов . Если требуетс  увеличить (уменьшить) значение посто нной вре-

uifR тр жр чн чрны  гпггпптмппрний по-

нив те же значени  сопротивлений резисторов , увеличить (уменьпшть) в m раз значени  емкостей конденсаторов .

Генератор имеет 2 режима: рабочий и калибровки.

Рабочий режим.

Ключ 3 разомкнут, а ключ 6 замкнут . В исходном состо нии высоковольтный ключ 4 замкнут. С приходом импульса Старт по входу 11 размыкаетс  ключ 4 и на выходе 15 формируетс  напр жение

N-11

U(t)

kr

« ехр (-/ifct),

(5)

где N - число RC-цепей 1,-1„, 0 и /, - параметры переходного процесса .

Соответствие между параметрами d, Ь, и посто нными времени C,, (С, ,; , К,С„; „ R,C „ k 1,..,N) определ етс  из соотношений (3) и (4), Функци  (5)  вл етс  аппроксимирующей дл  требуемой степенной функции.

Режим калибровки.

313706

Необходимость периодической калибровки св зана с температурным и временным дрейфом, а также с неконтролируемыми изменени ми внешних условий эксперимента. Например, значение

параметра i зависит от входной емкости отклон ющих пластин электродинамического анализатора, котора  известна лишь приблизительно и величина которой зависит от различных причин . Расчеты позвол ют сделать вьшод о значительной чувствительности формы генерируемой функции к изменению параметров f , Г и . Поэтому дол- говременна  точность установки и поддержание в экспериментальных услови х необходимых значений посто нных времени  вл етс  определ ющей дл  достоверности экспериментальных данных .

Любое значение посто нных времени Oj может быть представлено линейной комбинацией двоично-взвешенных разр дных весов вида:

1 S л 1 . - . , ,

О где IK - i-й разр дный вес k О, 1,...,N.

Калибровка проводитс  раздельно дл  каждого значени  к, т.е. при измерении С ключи всех остальных цифроуправл емых конденсаторов 10,- 10 N КС-цепей l,-,, кроме k-x, отключены . Измерение посто нных времени переходных процессов осуществл етс  подачей импульса запуска на вход 1I, При этом размыкаетс  высоковольтный ключ 4, запускаетс  преобразователь 8 времени в код и генерируетс  экспоненциально спадающий переходный процесс, посто нна  времени которого измер етс  преобразователем 8.

Калибровка осуществл етс  следующим образом.

I. Определ етс  значение t° разности между значением эталонной по-

сто нной времени величиной Ij,-,

и максимальной

. -

Эта оценка производитс  по результатам двух измерений. Первое измере- ние - измерение значени  про- изводитс  при замкнутом ключе 5, разомкнутом ключе 6 и нулевом входном коде, подаваемом на цифроуправл емый

конденсатор k-й калибруемой КС-цепи It (все ключи разомкнуты). Второе измерение - измерение полной суммы - производитс  при разомкнутых ключах 5 и 6 и максимальном входном коде по входу 14.

2. Определ етс  значение t разности старшего разр дного веса и суммы всех меньших разр дньсх весов:

1 г2

Эта оценка производитс  также по результатам двух измерений. Первое измерение при входном коде 100...00 по входу 14, второе измерение при входном коде 011 ... II по этому же входу.

Далее определ ют значение t разности следующего веса и суммы всех меньших разр дных весов по результатам двух измерений при входных кодах 010...00 и 001...II соответственно по входу 14. Затем определ ют

значение третьей разности t

потом

30

t и т.д. до t 7 ние 1-й разности

Причем определе

35

производитс  по результатам двух измерений при входных кодах 00... ОIО... 00 (единица стоит на 1-м месте слова) и ОО...ООК..1 1.

3. Вычисл ют истинные значени  разр дных весов Г согласно рекуррентному соотношению:

(. -

Ч 2 к

+ t

- t

ы

),

50

причем вычислени  производ тс  с определени  величины старшего разр дного веса, которую определ ют по ле:

о s ( л + t 1 2 3 f

tp.

и переход т к меньшим разр дным весам. Указанную процедуру выполн ют дл  всех КС-цепей I,-1 и цепи 2-3 (Ro - Со).

Результаты измерений поступают через выход 16 генератора на вычислИ - тельное устройство, которое осуществл ет управление процессом калибровки и вычисление истинных значений разр дных весов.

Интегральна  нелинейность ui воспроизведени  О оцениваетс  соотношением:

&г (п + )/5t,

где 51 - максимальна  ошибка измерений t

п - количество калибруемых разр дных весов.

Дл  измерени  посто нных времени экспонент дл  данного генератора использован преобразователь времени в код с интегральной нелинейностью 10 . В этом случае ошибка t составл ет дес тые доли наносекунд. Таким образом , при числе калибруемых весов п

JO жени , а управл ющий вход  вл етс  входом запуска генератора, отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности, он содержит первый и второй ключи, эталонный кон-

)5 денсатор и преобразователь интервала времени в код, вход запуска которого соединен с входом запуска генератора, . а выход  вл етс  его цифровым выходом , разр дный резистор выполнен в

20 виде делител  напр жени , средний вывод которого соединен с информационным входом преобразовател  интервала времени в код и через первый ключ подключен к одной из обкладок эталон 10 ошибка интегральной нелинейности 25 ного конденсатора, подсоединенного составл ет л il нсек.

другой обкладкой к шине нулевого потенциала , врем задающие конденсаторы RC-цепей и нагрузочный конденсатор выполнены цифроуправл емыми и под- Высоковольтный генератор cTei шой 30 ключены управл ющими входами к цифФормула изобретени

функции, содержащий N параллельно включенных КС-цепей, кажда  из которых вьтолнена в виде последовательно соединенных врем задающего резистора и врем задающего конденсатора, разр дный резистор, включенный параллель- но RC-цеп м, нагрузочный конденсатор, перва  обкладка которого соединена с

аналоговым выходом генератора, а втора  обкладка подключена к шине нулевого потенциала и объединенным обкладкам врем задающих конденсаторов

КС-цепей, и высоковольтный ключ, два информационных вывода которого соединены соответственно с объединенными выводами врем задающих резисторов RC-цепей и шиной высокого напр -

жени , а управл ющий вход  вл етс  входом запуска генератора, отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности, он содержит первый и второй ключи, эталонный кон-

денсатор и преобразователь интервала времени в код, вход запуска которого соединен с входом запуска генератора, . а выход  вл етс  его цифровым выходом , разр дный резистор выполнен в

виде делител  напр жени , средний вывод которого соединен с информационным входом преобразовател  интервала времени в код и через первый ключ подключен к одной из обкладок эталонровому калибровочному входу генератора , второй ключ включен между объединенными выводами врем задающих резисторов RC-цепей и аналоговым вы- ходом генератора, а управл ющие входы первого и второго ключей соответствуют входам задани  режимов работы генератора .

Claims (1)

1. Формула изобретения

   Высоковольтный генератор сте1 :ной 30 функции, содержащий N параллельно включенных RC-цепей, каждая из которых выполнена в виде последовательно соединенных времязадающего резистора и времязадающего конденсатора, раз— 35 рядный резистор, включенный параллель· но RC-цепям, нагрузочный конденсатор, первая обкладка которого соединена с аналоговым выходом генератора, а вторая обкладка подключена к шине нулевого потенциала и объединенным обкладкам времязадающих конденсаторов RC-цепей, и высоковольтный ключ, два информационных вывода которого соединены соответственно с объединенными выводами времязадающих резисторов RC-цепей и шиной высокого напря— 10 жения, а управляющий вход является входом запуска генератора, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, он содержит первый и второй ключи, эталонный кон15 денсатор и преобразователь интервала времени в код, вход запуска которого соединен с входом запуска генератора, . а выход является его цифровым выходом, разрядный резистор выполнен в виде делителя напряжения, средний вывод которого соединен с информационным входом преобразователя интервала времени в код и через первый ключ подключен к одной из обкладок эталонного конденсатора, подсоединенного другой обкладкой к шине нулевого потенциала, времязадающие конденсаторы RC-цепей и нагрузочный конденсатор выполнены цифроуправляемыми и подключены управляющими входами к цифровому калибровочному входу генератора, второй ключ включен между объединенными выводами времязадающих резисторов RC-цепей и аналоговым выходом генератора, а управляющие входы первого и второго ключей соответствуют входам задания режимов работы генератора .