188488. lajstromszámú szabadalom • Hidkapcsolású szintdetektor előnyösen impulzusszint mérésére és/vagy szabályozására
1 188 488 2 A találmány tárgya hídkapcsolású szintdetektor előnyösen impulzus szint mérésére és/vagy szabályozására. A hídkapcsolásti szinldetektor, Level Detector, röviden LD, amely hídba kapcsolt két félvezetős csúcsegyenirányítót tartalmaz és alkalmas változó kitöltési tényezőjű gyors impulzusok amplitúdójának, illetve a nem nullfeszültségü alapvonalú impulzusok esetében az impulzus alsó és felső szintjének mérésére és/vagy ilyen impulzusokat előállító generátor amplitúdójának szabályozására. Alkalmazási területe híradástechnikai laboratóriumi és üzemi készülékekben van. Az 1. ábra a diódás csúcsegyenirányító kapcsolást mutatja. Az U]q kimenő feszültség Herpy Miklós: Analóg integrált áramkörök (1) irodalom alapján: U, ki Jbe 1 f r be beUD u, ahol: h = relativ hiba, melyet az — és 7^— ellenállás Rt Ube és feszültségarányok határoznak meg. Ráadásul Ud értéke hőmérsékletfüggő. A 2. ábra műveleti erősítővel kombinált csúcsegyenirányítót ábrázol. Ugyancsak az (1) irodalom alapján az Uyj kimenő feszültség: kis bemenőjel esetén kisfrekvencián: u, ki U be 1-/ 377—1----21 A R. Ü, í uo t be. Jbc \3 UD Az 1 és 2 összefüggést összehasonlítva látható, hogy a műveleti erősítővel felépített csúcsegyenirányító kisfrekvencián ekvivalens egy olyan egyszerű diódás csúcsegyenirányítóval, amelynek soros ellenállása és nyitófeszültsége az Auo erősítés arányában kisebb, mint az alkalmazott diódáé. A hiba általában igen kicsi. Nagyfrekvencián viszont a csúcsegyenirányító kimenő feszültsége a bemenő feszültség frekvenciájának is függvénye. A hiba jellege a bemenő feszültség amplitúdójától függ. Kis bemenő feszültségnél a hibát a jelfrekvencia és a műveleti erősítő határfrekvencia szabja meg. Nagy bemenőjeleknél a hiba a jelfrekvenciától és a műveleti erősítő kimenő feszültségének maximális változási sebességétől függ. Belátható, hogy igen költséges lenne olyan műveleti erősítőt készíteni, amellyel ilyen módon pl. 50 MHz-es impulzussorozat, vagy J MHz ismétlési frekvenciájú 20 ns szélességű impulzusok kis hibával csúcsegyenirányíthatók lennének. A találmány célkitűzései: Az ismert csúcsegyenirányítók hátrányait megszüntetni, nevezetesen — az egyszerű csúcsegyenirányító hőfüggését csökkeneni, illetve kiküszöbölni,- a változó kitöltési tényező miatt jelentkező hibát kiküszöbölni, — kis kitöltési tényezőnél jelentkező és a mérendő jelforrást terhelő, csúcsdetektálási áramokat csökkenteni,- s ezt olyan módon megvalósítani, hogy az alkalmazott áramköri megoldás ne korlátozza a mérhető impulzus-2 sorozat frekvenciáját. \ találmány szerinti hídkapcsolású szintdetektor azon a felismerésen alapul, hogy ha gyors működésű (kis kapacitású) felvezetőket alkalmazunk, akkor a hídkapcsolású 5 csúcsegyenirányító kimenő feszültsége a bemenő impulzussorozat amplitúdójától és kitöltési tényezőjétől függ. lW A kitöltési tényező: ~— . 100 (91).ahol P 10 Tw: az impulzus szélessége, Tp: az impulzussorozat periódusideje. így tehát adott jelamplitudónál — feltételezve, hogy az impulzus fel- és lefutási idői az impulzus szélességéhez képest elhanyagolhatók, ugyanakkora kimenő feszült- 15 séget kapunk pl. 10 ns jelszélesség és 100 ns ismétlődési idő esetén, mint 100 ns jelszélességü és 1 jus ismétlődési idejű jelnél. Ez belátható azon meggondolás alapján, hogy kis kitöltési tényezőjű impulzussorozat esetén a viszonylag 20 sok töltést veszített Ct kondenzátort kell újratölteni. Lásd az 1. és 3. ábrát. Ebben az esetben nagy Iq töltőáramok folynak, s az r diódaellenálláson jelentős feszültségesés jön létre, amely az impulzusok csúcsfeszültségéből levonódik. 25 Nagy kitöltési tényező esetén viszont kisebb az az idő, amely alatt Ct kondenzátor kisülhet, tehát kevesebb töltést kell pótolni, így az 1q töltőáram is kisebb lesz, s kisebb hibafeszültség vonódik le az impulzusok csúcsfeszültségéből is. Ugyancsak a kitöltési tényezővel válto- 30 zik a félvezető átmenetek réteghőmérséklete, amelytől az Up) nyitófeszültség függ. A kitöltési tényező helyett használható az impulzusí lő-impulzusszünet aránya is. Átlagos értékeket feltételezve a csúcsegyenirányított 35 feszültség 1:1 impulzus idő/szünet és 1:10 000 impulzus idő/szünet arányok között 10% vagy ettől nagyobb mértékben is változhat. Az elmondottakat figyelembe véve alakítható ki a hídkapcsolás elvi vázlata. (A 5. ábrán) 40 G, mérendő impulzusgenerátor, G7 vezérelhető impulzusgenerátor, melynek amplitúdója megegyezik G) amplitúdójával. 4r frekvenciaosztó egység, ahol az N arányban leosztott 45 jel kitöltési tényezője megegyezik a bejövő jel kitöltési tényezőjével. Karakterisztikára válogatott és közös hőmérsékleten lévő Fj, F2 félvezetők esetén a híd A—B pontja között feszültségkülönbség nem mérhető, tehát a híd kiegyenlí- 50 tett. Az ismert és a találmány szerinti megoldást rajzok alapján ismertetjük, amelyek a következők: az 1. és 2. ábra ismert csúcsegyenirányító kapcsolásokat, a 3. ábra a csúcsegyenirányító töltőáramának jelalakjait, 55 a 4. ábra a találmány szerinti megoldás elvi vázlatát, az 5. ábra a találmány szerinti hídkapcsolású szintdetektort, a 6., 7. ábra a szintdetektor egy-egy előnyös kiviteli alakját, a 8. ábra a kitöltési tényezőt megtartó fekvenciaosztót ábrázolja. 60 A 4. ábrán felvázolt elvi áramköri elrendezést dolgozta fel a találmány szerinti hídkapcsolású szintdetektor, amelynek felépítését az 5. ábra szemlélteti. Áttekinthetőség érdekében azt az esetet választottuk, amikor a G] impulzusgenerátor által szolgáltatott jelek 66 nullfeszültségű alapvonallal rendelkeznek.
