核电子学与核仪器第十一课

*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,核电子学与核仪器,覃国秀,Tel:13807947408,核技术教研室,2009/05/12,第三章关键点,放大器在核测量系统中的作用及其结构,作用：,放大、成形,结构：,极性转换电路、极,-,零相消电路、积分滤波放大电路、基线恢复电路等,放大器的基本参量,放大倍数及其稳定性,、,线性,(,积分非线性与微分非线性,),、噪声与信噪比、,过载特性,(,幅度和计数率,),、,上升时间,、输入输出阻抗,第三章关键点,谱仪放大器的放大节,并联负反馈与串联负反馈；同相输入与反相输入信噪比的区别,谱仪放大器中的滤波成形,滤波成形的作用,(,抑制系统噪声、使信号形状满足后续分析设备的要求,),；,白化滤波器与匹配滤波器,；,滤波成形的信息畸变,(,弹道亏损、堆积畸变,),；,无源滤波成形电路,(,极,-,零相消、积分滤波成形、准高斯成形,),；,有源滤波成形电路,；,基线恢复器,(,CD,恢复电路,、,CDD,基线恢复电路,),；,通用谱仪放大器,第三章关键点,高能量分辨率高计数率谱仪放大器,堆积拒绝方法,、线性门、模拟展宽器、,逻辑展宽器,、,堆积拒绝电路,、,死时间校正,、,允许最高计数率,、快放大器、弱电流放大器,本堂课主要内容,一、脉冲幅度甄别器,1.1,脉冲幅度甄别器的一般要求,1.2,甄别器电路实例,1.3,脉冲幅度甄别器的使用,二、单道脉冲幅度分析器,2.1,单道脉冲幅度分析器工作原理,2.2,单道脉冲幅度分析器实例,2.3,单道脉冲幅度分析器技术指标,第四章 脉冲幅度分析,从探测器出来的,脉冲信号,经,前置放大器,和,谱仪放大器,放大后，需要进一步处理，处理方式根据不同实验要求一般可以分成：,脉冲计数,(,强度测量,),；,脉冲幅度分析,(,能谱测量,),；,脉冲信号时间分析,(,时间测量,),。由此可知，各种处理方式大多涉及到脉冲幅度信息的,甄别和分析,。所以核脉冲幅度的甄别和分析成为核电子学的,主要研究课题,。,一、脉冲幅度甄别器,脉冲幅度选择的基本电路是,脉冲幅度甄别器,。它有一个,阈电压,，称为,甄别阈,。输入脉冲幅度大于给定的甄别阈时，输出一个脉冲，输入脉冲幅度小于给定的甄别阈时则无脉冲输出。有无脉冲输出输出可分别用,逻辑“,1”,或逻辑“,0”,表示。,甄别器及其工作波形,一、脉冲幅度甄别器,如果改变,阈电压,V,T,，测量到相应的大于,V,T,的脉冲数,N,(,V,T,),，得到的就是,积分谱,。如果从阈电压,V,Tn+1,上的脉冲计数减去阈电压,V,Tn,上的计数就可得到阈电压上间隔,V,=,V,Tn+1,-,V,Tn,中的计数,N,。,N,和,V,T,的关系就是,脉冲幅度分布曲线,。,脉冲幅度积分谱与脉冲幅度微分谱,一、脉冲幅度甄别器,用,积分甄别器,来获取,幅度谱,时，需要将测量的数据进行,相减计算,。所以不仅费时间，而且还会,增大误差,。为此，要求设计直接测量幅度的,微分甄别器,，即,单道脉冲幅度分析器,。,阈电压一定，幅度不同,阈电压不同，幅度相同,触发时刻不同，会给能谱测量带来什么误差？对于时间测量呢？,一、脉冲幅度甄别器,1.1,脉冲幅度甄别器的一般要求,脉冲幅度甄别器,是将输入,模拟脉冲,换算成,逻辑脉冲,输出的一种装置。理想的脉冲幅度甄别器应该具有以下功能：,当一个输入脉冲幅度超过一定电压时，则输出一个数字脉冲，而与输入脉冲的幅度、上升时间、宽度等参数无关，若输入脉冲的幅度低于给定的阈电压则无脉冲输出。,一个理想的甄别器应该有,快速响应性能,，它能处理两个时间间隔十分相近的脉冲，这种时间间隔的最小值称为,脉冲幅度甄别器的死时间,。,一、脉冲幅度甄别器,1.1,脉冲幅度甄别器的一般要求,甄别器的,定时时刻,应该尽量接近输入脉冲前沿的,过阈点,。甄别器输出脉冲除了它的起始时刻外，它的,幅度和宽度,应该是标准的，与,输入脉冲的参数无关,。此外理想甄别器应该有足够高的,触发灵敏度,，甄别阈有足够大的,动态范围,。,甄别阈足够稳定,，不随,温度,、,电源电压,、,输入脉冲形状和宽度,而变化。,对于一个实际甄别器不可能全部满足上述要求。一般根据不同的测量对象，侧重于某些方面的要求。,一、脉冲幅度甄别器,1.1,脉冲幅度甄别器的一般要求,实际甄别器根据其速度不同分为,中,(,低,),速甄别器,和,高速甄别器,两类。,脉冲幅度甄别器主要的技术指标为：,（,1,）,输入灵敏度,甄别器的输入灵敏度指甄别器能输出脉冲的,最小输入脉冲幅度,。一般为几十毫伏。,（,2,）,甄别阈范围,一般甄别器的甄别阈范围为,几十毫伏到几伏,，最大阈电压与最小阈电压之比称为,甄别器的动态范围,。,一、脉冲幅度甄别器,（,3,）,甄别阈稳定性,甄别阈稳定性通常包括三个方面：,温度变化稳定性，市电变化稳定性和长时间漂移稳定性,。,（,4,）,甄别阈线性,一般为,1%-0.1%,。,（,5,）甄别阈涨落或阈模糊区,这一指标决定甄别器的甄别精度，通常其大小为,0.,几毫伏到几毫伏。,（,6,）甄别器速度,它表示甄别器响应和恢复速度的快慢。,（,7,）输出脉冲的幅度、宽度,一、脉冲幅度甄别器,1.2,脉冲甄别器电路实例,甄别器电路类型很多，常用的甄别器电路有,二极管甄别器,、,射极耦合触发器,(,施密特电路,),、,交流射极耦合触发器,、,集成电压比较器,和,隧道二极管甄别器,。,只有在要求不高时才用二极管甄别器。,隧道二极管具有极高的速度，所以用来构成快甄别器,。,集成电压比较甄别器具有电路简单、调整方便、稳定性好、灵敏度高、速度快等特点,。,一、脉冲幅度甄别器,1.2,脉冲甄别器电路实例,中速集成电路甄别器,一、脉冲幅度甄别器,1.2,脉冲甄别器电路实例,快速集成电路甄别器,一、脉冲幅度甄别器,1.2,脉冲甄别器电路实例,隧道二极管甄别单元,一、脉冲幅度甄别器,1.3,脉冲幅度甄别器的使用,(,半计数法,),脉冲幅度甄别器可用来测量,脉冲幅度,或,标定脉冲幅度,。这时，所测脉冲幅度是一定的。改变甄别器的甄别阈则可得到不同幅度的脉冲。,半计数法计算输入脉冲幅度,二、单道脉冲幅度分析器,2.1,单道脉冲幅度分析器工作原理,简称：（单道）,（,Single Channel Analyzer,）（,SCA,）,功能及用途,H=V,U,-V,L,U,V,L,V,o,v,1,v,用途：限定信号的幅度范围。,二、单道脉冲幅度分析器,2.1,单道脉冲幅度分析器工作原理,几个概念,1,）上阈：,V,U,下阈：,V,L,2,）道宽与阈,道宽：上下阈之差,V,W,=,V,U,-,V,L,怎样用单道脉冲幅度分析器来获得微分谱？,二、单道脉冲幅度分析器,2.1,单道脉冲幅度分析器工作原理,电路的基本工作原理：,L,V,v,1,o,v,G,2,G,1,V,U,V,L,上甄别器,下甄别器,V,U,V,L,V,W,v,v,H=V,U,-V,L,U,V,L,V,o,1,二、单道脉冲幅度分析器,2.1,单道脉冲幅度分析器工作原理,存在问题：,v,1,v,U,v,L,v,O,v,1,v,U,v,L,二、单道脉冲幅度分析器,2.1,单道脉冲幅度分析器工作原理,改造后的电路框图：,v,1,V,U,V,L,上甄别器,下甄别器,V,U,V,L,V,W,展宽,延迟,v,L,v,O,二、单道脉冲幅度分析器,2.2,单道脉冲幅度分析器实例,二、单道脉冲幅度分析器,2.2,单道脉冲幅度分析器实例,二、单道脉冲幅度分析器,2.2,单道脉冲幅度分析器实例,稳压电源：,二、单道脉冲幅度分析器,2.2,单道脉冲幅度分析器实例,参考电压,运算器：,上、下甄别器：,二、单道脉冲幅度分析器,2.2,单道脉冲幅度分析器实例,符合与反符合及输出电路：,二、单道脉冲幅度分析器,2.3,单道脉冲幅度分析器技术指标,单道脉冲幅度分析器的技术指标类似于脉冲幅度甄别器。,（,1,）,动态范围,阈值范围,：,0.1V,到,10V,道宽范围,：,0V,到,5V(,非对称状态,),；,0,到,10V(,对称状态,),（,2,）,线性,阈值线性,；,道宽线性,（,3,）,8,小时稳定性,阈值漂移,：小于,10mV,；,道宽漂移,：小于,10mV,二、单道脉冲幅度分析器,2.3,单道脉冲幅度分析器技术指标,（,4,）,温度系数,阈值变化,：小于,1.5mV/,；,道宽变化,：小于,1.5mV/,（,5,）,双脉冲分辨时间,小于,0.5s,（,6,）,最高计数率,不小于,1MHz,（,7,）输入脉冲与输出脉冲要求,总结,