Ядерная электроника - Цитович А.П.
Скачать (прямая ссылка):
О уменьшается незначительно. В случае совпадения, т. е. при одновременном поступлении отрицательных импульсов, запираются оба диода и потенциал точки О уменьшается до амплитудного значения меньшего из входных импульсов. Заметим, что в том случае, когда амплитуда входных импульсов больше Ei т. е. /УС>Я, потенциал точки О при совпадении стремится к —E и, следовательно, амплитуда выходного сигнала не может быть больше Е.
Определим коэффициент отбора схемы. Учитывая, что /?к» »(Гд+/?вх), найдем текущий через Rk ток: Ik = E/Rk. В исходном
213
состоянии этот ток создает в точке 0 падение напряжения
ц(0) __ і *д + Rbx к к 2
При поступлении сигнала на один из входов падение напряжения равно
= (**д H- ^bx)*
В случае совпадений потенциал точки 0 равен U^ =Ucm (Ucu — амплитуда меньшего из сигналов).
Используя выражения для Uk \ Uк \ Uk \ найдем коэффициент отбора совпадений
д*/<2> t/(2>-t/(0) п р
Л _ К К uK _ о uOM^K
At/п) г/п> — Ui0) Е (гь + ^bx)
(4.15>
Из этого выражения видно, что для получения высокого коэффициента отбора нужно стремиться к увеличению отношения RJ (/д + Rbx) •
Рассмотренные соотношения справедливы, если длительность входных сигналов больше продолжительности переходных процессов в схеме. Практически они выполняются для микросекундных импульсов.
В наносекундной области следует учитывать переходные процессы в схеме и полупроводниковых диодах. Рассматривать переходные процессы удобно, так же как и в схеме Росси, подавая на входы единичные импульсы (рис. 4.14,6). Если импульс поступает только на один вход, потенциал точки 0 уменьшается очень быстро до Ukx) с постоянной времени г(1) = Сп(/д+/?вх)- В случае* совпадений, т. е. при запирании обоих диодов, потенциал точки О уменьшается более медленно с постоянной времени TW = CuRk.. Поэтому в том случае, когда длительность входного импульса *имп меньше RKCUy коэффициент отбора будет меньше, чем это следует из выражения (4.15), так как UBblx<Uc. Для оценки р определим амплитуду выходного сигнала через заряд Q, отбираемый от емкости Cn за время /имп:
AUl2'= Q/Cn = IJmaJCa.
Зная AUk * = U^i — U™ , находим р
P = 2*имп/Сп(гд + ЯВ1). (4.16)
Это выражение показывает, что для улучшения коэффициента отбора при работе с короткими импульсами, т. е. при высоком разрешении, следует применять диоды с малой проходной емкостью* и малым сопротивлением гд, а также стремиться к минимальному входному сопротивлению Rbx. Последнее требование значительна сужает область применения схемы. Обычно Rbx равно 50—100 Ом и является нагрузкой ФЭУ или высокочастотного кабеля.
214
Диодные схемы совпадений делают также многократными. Ec--IiI число каналов равно п, то нетрудно показать, что коэффициент отбора равен
----<пш--------(4.17)
Сп(гд + Лвх) п-1
С ростом числа каналов коэффициент отбора ухудшается главным образом в результате добавления емкости диодов и монтажа.
Минимальное время разрешения диодных схем совпадений ограничивается инерционностью диодов, связанной с рассасыванием накопленного заряда. Поэтому следует применять диоды, у которых снижено время жизни носителей, а также ограничивать протекающие через диоды токи. Известны схемы, в которых через диоды в исходном состоянии ток не идет, благодаря чему удается получить высокое разрешение.
В диодных схемах совпадений входные сопротивления иногда заменяют туннельными диодами (рис. 4.15,а). Последние выполняют роль безынерционных элементов, благодаря которым на работу схемы мало влияет амплитудный разброс входных импульсов. Схема, приведенная на рис. 4.15,а, рассчитана на два входа. Каждая ветвь схемы состоит из последовательно включенных обычных (Ді, Д2) и туннельных (ТДи ТД2) диодов. Общее сопротивление нагрузки Ra выбирается таким, чтобы нагрузочная характеристика пересекала характеристику каждого из туннельных диодов 'в точке А. С поступлением на один из входов, например на первый, импульса с амплитудой около 1 мА рабочая точка ТД\ переходит в точку С. При этом повышается потенциал анода ТД{ и, следовательно, запирается диод Д\. В результате удваивается ток через вторую ветвь и диод ТД2 переходит в рабочую точку В. Из характеристик видно, что поступление сигнала только на один из входов мало изменяет потенциал на выходе. Значительное изменение выходного потенциала наблюдается в случае совпадений, т. е. при одновременном протекании импульсов тока через оба туннельных диода.
В наносекундной области на работу схемы влияет паразитная емкость Cn и коэффициент отбора равен 10.
Рис, 4.15. Диодная схема совпадений с формирующими туннельными диодами (а) и характеристика туннельного диода (б)
215
_L
Ii
'f ч
In frj
Bxod1 <•>
к
A_
п,
-J Дифференциальный, усилитель
Инвертор
5)
t в)
Рис. 4.16. Дифференциальная схема совпадений (а} и временные диаграммы (б и в)
Характеристика туннельного диода правее точки С имеет крутой участок, поэтому даже значительное увеличение амплитуды входных импульсов мало сказывается на выходном сигнале. Иными словами, туннельный диод в данной схеме является малоинерционным стандартизующим элементом. Сам он практически не влияет на длительность импульсов. Разрешение схемы определяется в основном длительностью входных импульсов и параметрами диодов Ди д2.
