В данном варианте подача напряжения поляризации и подключение датчика к усилителю происходит при помощи реле, диоды VD1 и VD2 служат для гашения импульса самоиндукции, транзистор VT для "заземления" входа высокочувствительного усилителя и запирается лишь на время, необходимое измерительной схеме для замера частоты сигнала с датчика (во многих случаях он необязателен). Конденсатор С рез здесь и в дальнейших схемах ставится лишь в случаях использования резонансного включения датчика. Применение подобного решения нежелательно ввиду низкого быстродействия релейной коммутационной схемы и подгоранию контактов.
Этих недостатков лишена схема на Рис. 2, где функции реле выполняют транзисторы VT1 и VT2, при помощи VT2 также осуществляется задержка подключения усилителя на время, необходимое для полного подавления переходного процесса в датчике. Но и эта схема неприменима из-за того, что транзисторы являются хоть и достаточно качественными ключами, но не идеальными - в закрытом состоянии через VT1 и датчик протекает ток утечки сток-исток порядка нескольких мкА, что в нашем случае достаточно много (т. к. амплитуда измеряемого нами сигнала с датчика находится в диапазоне от десятых долей мкВ до 1-2 мкВ при нерезонансном подключении датчика).
Схема на Рис. 3 представляет собой "симбиоз" первых двух и лишена присущих им недостатков. Механизм ее работы таков: до начала поляризации транзистор VT1 закрыт, VT2 открыт, контакты реле находятся в показанном на схеме положении; при поляризации VT1 открывается и через датчик протекает ток; по окончании поляризации VT1 закрывается и через несколько мс (время, достаточное для завершения переходного процесса) реле подключает датчик к усилителю и запирается VT2; после проведения измерения контакты реле возвращаются в исходное положение и отпирается VT2. Подобная реализация предотвращает протекание тока утечки сток-исток VT1 через датчик в момент измерения, исключает коммутацию больших токов при помощи реле и может быть использована на практике (в качестве реле можно использовать, например, РЭС 55 или аналогичные).
Для желающих избавиться в схеме от такого "узкого" места, как реле, можно рекомендовать вариант решения, предложенный J.A. Koehler-ом (именно его работы позволили заняться отработкой принципов построения протонного магнитометра, т. к. содержат большое количество необходимого теоретического материала и доступны в Inete, желающие ознакомиться с оригиналом могут скачать одну из его работ по адресу: http://www.thunting.com/geotech/pages/mag/info/koehler/KoehlerMag.pdf).
На Рис. 4 показана схема, не использующая реле в качестве коммутирующего элемента. Этого удалось добиться путем добавления нескольких транзисторов и некоторым усложнением управляющей схемы (при использовании микроконтроллера управление реализуемо программно, если же микроконтроллер не используется, управляющие импульсы удобно формировать при помощи таймеров типа 555).
Рассмотрим принцип работы этой схемы при помощи временных диаграмм, приведенных ниже.
До начала поляризации все транзисторы, кроме VT7, закрыты. VT7 открыт - вход усилителя подключен к "земле". Для начала поляризации управляющей схемой формируются Упр. импульс 1 (примерно 0,7 с для керосина) и Вспом. импульс 1, что приводит к отпиранию VT1, VT2, VT3 и VT4, через датчик протекает ток поляризации и подключается схема подавления переходного процесса на VT4 R2. VT7, как и ранее, открыт, остальные закрыты. Как видно из графиков, Упр. импульс 1 и Вспом. импульс 1 начинают формироваться одновременно, но Вспом. импульс 1 имеет большую длительность (как правило, на 10-20 мс, в зависимости от тока поляризации и индуктивности датчика) и за это дополнительное время происходит подавление импульса самоиндукции (на R2 и защитных диодах транзисторов). Сразу же после окончания Вспом. импульс 1 формируется Вспом. импульс 2 (длительность примерно 0,2-0,5 с , к критериям выбора вернемся позднее) и отпирается VT5, VT1-VT4 и VT6 закрыты , VT7, как и ранее, открыт. Собственно, в использовании VT5 и заключается "изюминка" этой схемы. Если при поляризации "корпусным" являлся нижний по схеме вывод датчика, то в процессе измерения частоты прецессии на "корпус" подключается верхний вывод. На снимаемый с датчика сигнал это не влияет, но львиная доля тока утечки СИ VT2 (от которого, собственно, мы и стремимся избавиться) протекает по цепи +U - CИ VT2 - СИ VT5 - "корпус", минуя датчик. Через 5-10 мс после начала Вспом. импульс 2 формируется Упр. импульс 2, открывается VT6 и запирается VT7. Сигнал с датчика поступает на вход усилителя. По окончании Вспом. импульс 2 оканчивается и Упр. импульс 2 и схема возвращается в исходное состояние.
Примем схему на Рис. 4 с сопутствующими ей диаграммами за основу проекта.
0 коментара:
Публикуване на коментар