Логарифмические преобразователи фотоколориметров

Одной из основных процедур, выполняемых в фотоколориметрах, является логарифмическое преобразование. Шкала выходных приборов неавтоматических ФЭК имеет логарифмический масштаб. При выполнении на них измерений пользуются калибровочными кривыми или таблицами, которые врач-лаборант строит заранее для каждого вида анализа. Для этого используются растворы с известной концентрацией или специальные заменители.

В полуавтоматических и автоматических фотометрах логарифмирование производится аналоговыми или цифровыми электронными устройствами. Рассмотрим вначале аналоговый логарифмический преобразователь (рис. 2.17).

Его действие основано на нелинейных свойствах транзисторов. Напряжение U_эб транзистора определяется выражением

,

где I _эб0 – обратный ток эмиттерного перехода, j _Т = кТ/q – тепловой потенциал (j _Т» 26 мВ), т = 1…2. Как видно из схемы

. (2.5)

Считая транзисторы идентичными (что справедливо для микросборки, которая показана на рис. 2.17), будем иметь

; (2.6)

Коллекторные токи транзисторов будут равны:

; . (2.7)

Подставляя выражения (2.7) в (2.6), а затем – в (2.5), получим

.

При равных R1 и R5

. (2.8)

Таким образом, выходное напряжение оказывается пропорциональным логарифму отношения напряжений U ₁ и U ₂. В двухлучевых фотоколориметрах это могут быть выходные напряжения ФЭП, в однолучевых одно из напряжений, например, U ₁ – опорное.

Электронный ключ S кратковременно замыкается, подключая к источнику постоянного тока RC-цепь, и затем размыкается. Начинается разряд конденсатора по закону U_C = Eexp(- t/t) /. По достижении напряжением U _C величины U ₁ срабатывает компаратор К1 (на его выходе возникает уровень «1»), а по достижении уровня U ₂ выключается компаратор К2 (уровень «0» на выходе). В интервале времени t2 – t1 через схему И на счетчик проходят импульсы от генератора ГИ. Длительность измерительного интервала определяется по формуле

. (2.9)

Число импульсов, подсчитанное счетчиком, очевидно, будет пропорционально , т.е. оптической плотности и концентрации раствора. Используя двоично-десятичный счетчик, можно получить на индикаторе непосредственный отсчет концентрации. Можно заметить, что единичные уровни компараторов совпадают на коротком интервале в стадии заряда конденсатора. Но в это время на входе R счетчика действует импульс сброса, который предотвращает запись небольшого числа импульсов, возникающих на выходе схемы И. Для временного хранения информации используется буферный регистр БР. Сброс счетчика можно организовать, подавая на вход R импульс включения S, а загрузку по входу L осуществлять по спаду импульса компаратора К2. Как следует из формулы (2.9), величина t_изм не зависит от напряжения источника постоянного тока Е. Поэтому оно может быть и нестабилизированным. Главное требование, предъявляемое к логарифмическому преобразователю – стабильность постоянной времени RC.

Одна из практических схем формирователя экспоненциального напряжения приведена на рис. 2.20. Она питается от источника нестабилизированного напряжения 140 В и управляется короткими «нулевыми» импульсами. В исходном состоянии транзистор VT1 насыщен, потенциал его коллектора недостаточен для пробоя стабилитрона VD3. Транзистор VT3 также насыщен, VT2 закрыт, конденсатор С1 разряжен.

При подаче управляющего сигнала транзисторы VT1 и VT3 закрываются, транзистор VT2 и стабилитрон открываются, конденсатор быстро заряжается эмиттерным током транзистора VT2. По окончании управляющего импульса схема возвращается в исходное состояние, а конденсатор разряжается по экспоненте через резисторы R5 – R8. Напряжение с делителя R7, R8 (R7 + R8 >> R5 + R6) подается на входы компараторов (см. рис. 2.18). Следует обратить внимание на большую величину напряжения питания. Она выбрана такой с целью уменьшить влияние шумов, термо-ЭДС и гистерезиса, которое проявляется при малых U _C.

Диапазон оптических плотностей, в котором надежно работает логарифмический преобразователь с формирователем экспоненциального опорного напряжения, определяется допустимым входным напряжением компаратора и его порогом чувствительности – примерно 5 В и 20 мВ. Этим пределам соответствует оптическая плотность D = lg (U_{вх.макс}/U_пор) = 2,4, что вполне достаточно в большинстве практических случаев.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: