마이크로초 광전류 적분기. 계획, 설명

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통합의 위상 지연 중단 기능이 있는 마이크로초 광전류 통합기. 무선 전자 및 전기 공학 백과사전

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그림 1에 표시된 회로는 통합 기간의 위상 지연이 있는 XNUMX채널 마이크로초 광전류 적분기입니다. 즉, 다른 듀티 사이클 및 기간의 스트로보스코픽 광 펄스를 통합 시간 지속 시간을 조정하지 않고 마이크로초에서 수십 밀리초로 설정할 수 있습니다. 이 매개변수는 입력 신호의 위상에 따라 달라지고 통합 리셋 펄스가 뒤따르기 때문입니다.

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1개의 통합 채널 A2 및 A2는 적분기 출력 신호의 후속 합차 처리에 필요합니다. 이 회로에서 광전류 적분기가 사용되며 적분기의 출력 신호는 전압 진폭과 시간 축에 의해 제한되는 섹션의 면적에 비례하며 입력 신호가 직류이면 출력 신호 증가하는 경사 전압 평면입니다 (그림 XNUMXa).

정확한 아날로그 통합은 용량 성 OS - C1 및 C2와 함께 OA A3 및 A4에 의해 수행됩니다. 통합 오류의 주요 구성 요소는 제로 바이어스 전압 Ucm과 연산 증폭기의 입력 전류로 인한 것입니다. 후자를 제거하기 위해 전계 효과 트랜지스터 입력 스테이지가 있는 적분기로 연산 증폭기를 사용했습니다. 그들의 게이트는 실질적으로 전류를 소비하지 않으며 포토다이오드 PD1 및 PD2에 의해 생성된 전체 광전류는 그림 3의 적분 커패시턴스 C4 및 C1를 통해 흐르고 출력 전압의 증가율은 광전류 값에 의해 결정됩니다. 제로 오프셋 전압 Ucm은 출력 전압에서 상당한 드리프트를 유발할 수 있으며 비교기 A3가 잘못 트립되어 회로의 오작동을 유발할 수 있습니다.

따라서 Texas Instruments OPA350의 연산 증폭기 칩이 적분기로 사용되었으며 출력 신호의 오프셋 레벨이 몇 밀리볼트에 불과하며 전위차계 R7 및 R8을 사용하여 이 매개변수를 조정할 수 있습니다. 알려진 바와 같이, 적분기의 출력 전압은 통합 과정에서 XNUMX으로 감소하지 않고 이어지는 XNUMX 입력 신호에서 "기생" 입력 광전류가 없을 때 주어진 레벨로 계속 유지됩니다. 그렇지 않으면 변화하고 도달합니다. 최대값 Uip.

스트로보스코프 펄스가 없을 때 발생하는 "기생" 입력 광전류를 보상하기 위해 역 극성으로 연결된 포토다이오드와 LED(LED1, PD3 및 LED2, PD4)로 구성된 결합된 광 커플러가 사용됩니다. 보상 조정은 입력 펄스가 없을 때 적분기의 출력 신호가 수평선 또는 1이 될 때까지 전위차계 R2 및 RXNUMX에 의해 수행됩니다. 이것은 적분기의 올바른 작동을 나타내지만 후자는 후속 신호를 적분하기 전에 광 펄스를 측정하고 비교하는 데 동일한 초기 조건이 필요하기 때문에 후속 신호를 올바르게 적분하는 것이 실질적으로 불가능합니다.

이 효과를 제거하려면 적분기의 출력 전압을 주기적으로 Ucm로 "리셋"해야 합니다. "리셋"리셋 키의 적분기가 사용되며 그림의 DD1 미세 회로가 사용됩니다. 1. K176KT1 또는 K561KTZ, 닫히면 커패시턴스 C3 및 C4가 방전되고 출력 전압은 제로 바이어스 전압으로 떨어집니다. 여기서 제어 "버튼"은 입력 E1 및 E2입니다. "리셋" 모드(키가 닫힘)에서 초기 적분 조건이 설정됩니다. 이러한 전자 접점과 부하 회로는 제어 신호 소스에 전기적으로 연결되지 않습니다.

리셋 펄스를 생성하기 위해 다음과 같이 동작하는 비교기 칩 A3을 포함하는 회로가 사용됩니다. 그림의 첫 번째 적분기의 출력 6에서. 1. 신호는 기준 신호와 적분기 출력의 신호가 같을 때 트리거되는 비교기로 공급되며 레벨은 20mV입니다. 그림. 2a 및 2c, 전위차계 R10에 의해 조정됩니다. 따라서 적분기의 이전 단계 출력 신호의 상당한 제로 드리프트는 비교기의 잘못된 작동과 회로의 고장을 유발할 수 있습니다.

비교기는 입력 신호에 잡음이 없고 제로 드리프트가 낮은 무한히 큰 이득을 가져야 합니다. 이러한 특성은 이득이 매우 높은 증폭기를 사용하여 얻을 수 있으며 이러한 요구 사항은 유니폴라 전원 공급 장치에서 작동할 수 있는 OPA350RA 연산 증폭기에 의해 충족됩니다. 출력은 TTL 신호입니다. 다음으로, 비교기의 출력 논리 신호는 적분기 리셋 펄스의 위상 지연을 형성하기 위한 회로에 공급됩니다(그림 2). XNUMXb.

통합의 위상 지연 중단이 있는 마이크로초 광전류 적분기

적분기의 리셋 펄스의 지연은 입력 신호의 주파수에 의존하지 않아야 하고, 적분기 PD1과 PD2의 입력에 도달하는 스트로보스코프 신호는 지속 시간과 듀티 사이클이 다르기 때문에 리셋 펄스 지연을 형성합니다. , 디지털 타이머 KR2VI1006의 DD1 칩은 리셋 펄스의 위상 지연을 형성하는 데 사용되었습니다.

회로 작동의 본질은 커패시터 C13이 직렬 연결된 저항 R11 및 R13을 통해 선형으로 충전되고 저항 R13을 통해 선형으로 방전된다는 것입니다. 비교기에서 신호가 도착하면 커패시터의 선형 충전 프로세스가 Upor=1/2 Upit 전압으로 시작됩니다. 이 값에 도달하면 입력에 신호가 있더라도 커패시터가 선형으로 방전되기 시작합니다. 커패시터가 방전되면 미세 회로의 출력에서 직사각형 신호가 생성되며이 신호가 위상 지연 신호입니다. 이 회로는 위상 지연 φ를 생성하고 0<φ<180도에서 안정적으로 작동합니다.

주파수 범위를 높이려면 커패시터의 커패시턴스가 1uF를 취하는 것이 좋습니다. 대부분의 경우 저항 R11의 저항은 100kOhm과 동일하게 취할 수 있습니다. 위상 변이는 전위차계 R13으로 수정되며 100kOhm 값을 선택하는 것이 좋습니다. 또한 타이머 출력의 펄스의 음의 에지에서 대기중인 멀티 바이브레이터 DD3이 시작됩니다.

요소 R12 및 C11의 다른 값을 사용하여 멀티 바이브레이터가 작동하는 데 필요한 또 다른 시간을 설정할 수 있습니다. 멀티바이브레이터는 20ms 동안 지속되는 펄스를 생성합니다. 2d, DD1 마이크로 회로의 전자 스위치 E2 및 E1의 제어 입력에 공급되어 적분기 C3 및 C4의 커패시턴스를 션트하고 6 적분기의 출력에서 신호를 재설정하여 후속 스트로보 펄스 처리를위한 초기 조건을 생성합니다. . 출력 6에서 적분기의 신호는 차후 전체 차분 처리를 위해 수신됩니다.

저자: 알테어 NTPC; 간행물: cxem.net

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