190508. lajstromszámú szabadalom • Áramköri elrendezés változtatható időállandójú áram-ipmpulzus átalakító kialakítására
1 190508 2 A találmány tárgya áramköri elrendezés változtatható időállandójú áram-impulzus átalakító kialakítására. A műszaki tudományos gyakorlatban igen gyakran van szükség széles méréstartományban analóg jelek, például áramok digitális feldolgozására. Erre a célra sokféle A/D átalakítót használnak. Speciális esetekben, mint például egy a környezetvédelmitől a baleseti dózisszintek mérésére is alkalmas termolumineszcens dózismérő kiértékelő műszernél, a dózismérő fényét átalakító fotoelektronsokszorozó cső áramát 7-8 nagyságrend méréstartományban, kb. (0,1-1) pA-tól ( ï—10) pA-ig kell digitális jelekké, impulzusokká alakítani. Hasonló nagyságrendű tartományban kell működnie egy ionizációs kamrás dózismérő áram-impulzus átalakítójának is. Ezek az átalakítók bonyolult felépítésűek, több tápfeszültséget igényelnek és nem elhanyagolható a fogyasztásuk sem. Egy kisméretű, hordozható, telepes termolumineszcens dózismérő (TLD) kiértékelő műszer esetében azonban egy olyan egyszerű felépítésű, nagy megbízhatóságú, kis fogyasztású áramimpulzus átalakítóra van szükség, amely megfelelő pontosság mellett képes átfogni a 7-8 nagyságrendű méréstartományt. Egy ilyen egyszerű felépítésű áram-impulzus átalakítót ismertet a 180.858 lajstromszámú magyar szabadalmi leírás. Ez egy töltőkondenzátorból, az ehhez kapcsolt digitális kapuból és a kapu kimenete és a töltőkondenzátor közé kapcsolt visszacsatoló tagból áll. A megoldás hátránya, hogy az alkalmazott aktív elemek -digitális kapuáramkör, visszacsatoló tag- véges kapcsolási sebességűek, és emiatt az áramimpulzus átalakító átviteli tartománya nem nagyobb 5 nagyságrendnél. A találmány célja, tehát olyan áramköri elrendezés kialakítása, amely az ismertetett találmány összes előnyét megtartva kiküszöböli annak legtöbb hátrányát. A találmány célja, tehát olyan áramköri elrendezés kialakítása, amely az ismertetett találmány összes előnyét megtartva kiküszöböli annak legtöbb hátrányát. A találmánnyal megoldandó feladat ennek megfelelően egy olyan megoldás kialakítása, amely alkalmas 7-8 nagyságrend méréstartományban az áramimpulzus átalakításra. A találmány megoldása azon a felismerésen alapszik, hogy az áram-impulzus átalakító időállandóját változtatva az átalakító működési sebességét úgy befolyásolhatjuk, hogy azt az aktív elemek kapcsolási sebessége ne korlátozza. Ezért, ha az átalakító egy meghatározott működési sebességénél megnöveljük az időállandóját, akkor - ha ezt a lépést többször megismételjük - több nagyságrenddel kiterjesztjük a működési tartományt. A találmány szerinti áramköri elrendezés tehát olyan ismert megoldás továbbfejlesztése, amelynek digitális kapuja, visszacsatoló tagja és töltő kondenzátora van, a digitális kapu kimenete a visszacsatoló tag bemenetére, bemenete pedig a töltő kondenzátorra, valamint a visszacsatoló tag kimenetére van kötve. A továbbfejlesztés, vagyis a találmány abban van, hogy az áramköri elrendezésnek még legalább egy láncba kapcsolt változtatható kondenzátora(i) és elektronikus kapcsolója is van, a változtatható kondenzátorok) másik kivezetése(i) bemenő vezetéken keresztül a digitális kapu bemenetére van(nak) kötve, az elektronikus kapcsoló(k) kapcsoló bemenete(i) vezérlő vezeték(ek)re, további bemenete(i) pedig stabilizált feszültségű vezeték(ek)re van(nak) csatlakoztatva. A találmány értelmében célszerű, ha az elektronikus kapcsoló(k), tranzisztor(ok), reed rélé(k), vagy solid state relé(k). Nevezetesen célszerű, ha a találmány szerinti megoldás változtatható kondenzátorának számértéke a töltő kondenzátor számértékének 9 . ÍO1'' szorosa, amikor K egész szám, vagy tíz egészszámú hatványszorosa mínusz egy. Célszerű tovább, ha a stabilizált feszültségű vezetékiek) a stabil feszültségű vezeték(ek)kel össze vannak kötve. A találmányt részletesebben rajz alapján ismertet jük, melyen a találmány szerinti áramköri elrendezés kiviteli alakját és működésének idődiagramját tüntettük fel. A rajzon az 1. ábra a találmány szerinti változtatható időállandójú áram-impulzus átalakító elvi kapcsolási rajza, a 2. ábra az 1. ábra szerinti elrendezés működésének idődiagramja. Az 1. ábra szerinti kapcsolási elrendezés felépítése a következő. A 11 töltőkondenzátorból, 12 digitális kapuból és 13 visszacsatoló tagból felépített áram-impulzus átalakító b bemenő vezetékére vannak) kötve, legalább egy láncba kapcsolt Ha-14n változtató kondenzátor(ok) és 15a-15n elektronikus kapcsoló(k). A 15a-15n elektronikus kapcsoló(k) másik kivezetése^) el-en stabilizált feszültségű vezetékiekére van(nak) kapcsolva. A 15a-15n elektronikus kapcsoló(k) bemenetei a vl-vn vezérlő vezetékiekbe vannak kötve. Az áramkör működését a 2. ábrán látható idődiagram alapján érthetjük meg legkönnyebben. Alaphelyzetben a 15a-15n elektronikus kapcsoló(k) nyitott állapotban van(nak), így az áram-impulzus átalakító működésére a 14a-14n változtató kondenzátorok) semmilyen hatással sincs(enek). Az lm mé rendő áram növekedésével arányosan nő az átalakító működési sebessége. Ha a működési sebesség eléri az áramkör aktív elemeinek véges kapcsolási sebessége miatti felső határt, a vl vezérlő vezetéken keresztül sor kerül a 15a elektronikus kapcsoló bekapcsolására. A sebesség említett felső határát az aktív elemek Ts kapcsolási ideje, all töltő kondenzátor Tt feltöltési ideje és az ebből eredő megengedett i>%-os mérési bizonytalanság határozza meg. Az fmax maximális sebesség imp e'1 egységben: f = 1 = v max Tt 100. Ts A kapcsolás során a 15a elektronikus kapcsoló a 14a változtató kondenzátort az el stabilizált feszültségű vezetékre köti, miáltal az áramkör időállandója 1 Ok-szeresére nő, illetve ennek megfelelően a működési sebesség a 10 -ed részére csökken. A 2. ábrán látható, hogy amíg az átkapcsolás előtti pillanatban a 11 töltőkondenzátoron egy töltési ciklus Tt.töltődési ideig tartott, addig az átkapcsolás után 10* . Tt ideig tart. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 2
