核电子学与核仪器第十课

核电子学与核仪器覃国秀[e-mail]: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VT，测量到相应的大于VT的脉冲数N(VT)，得到的就是积分谱。如果从阈电压VTn+1上的脉冲计数减去阈电压VTn上的计数就可得到阈电压上间隔ΔV=VTn+1-VTn中的计数ΔN。ΔN和VT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12TDIII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）（SingleChannelAnalyzer）（SCA）功能及用途H=VU-VLUVLVov1v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：VU下阈：VL2）道宽与阈道宽：上下阈之差VW=VU-VL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：LVv1ovG2G1VUVL上甄别器下甄别器VU＝VL＋VWvvH=VU-VLUVLVo1二、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：v1vUvLvOv1vUvL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：v1VUVL上甄别器下甄别器VU＝VL＋VW展宽延迟vLvO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0.5μs（6）最高计数率不小于1MHz（7）输入脉冲与输出脉冲要求总结