Ядерная электроника - Цитович А.П.
Скачать (прямая ссылка):
Метод преобразования интервала в амплитуду благодаря простоте схем и широкому распространению в лабораторной практике амплитудных анализаторов применяется довольно часто. Этот метод пригоден для измерения интервалов в широком диапазоне. Однако наибольшее распространение он получил для исследования интервалов в наносекундной области, где прямые методы измерения затруднены.
Рассмотрим основные типы времяамплитудных преобразователей.
231
1 Генератор тока
Старт А |у
S
R
Tr
L
-U л)
Стоп В I < ^ -—-ну і I
Tr___________________[
AU
¦>-
Рис. 4.33. Функциональная схема преобразователя время—амплитуда стартстоп-ного типа (а) и временные диаграммы (б)
Преобразователи стартстопного типа. Измерение интервала времени при помощи этих устройств можно разделить на три этапа: получение импульса, длительность которого равна измеряемому интервалу A^; создание из этого импульса при помощи интегрирующей схемы импульса напряжения с амплитудой AU1 пропорциональной измеряемому интервалу; измерение AU амплитудным многоканальным анализатором. На рис. 4.33 приведены функциональная схема преобразователя стартстопного типа и соответствующие временные диаграммы.
Импульсы, определяющие границы интервала А (старт) и В (стоп), управляют триггером Tr. В результате формируется импульс, длительность которого равна измеряемому интервалу. Этот импульс воздействует на интегратор. Как правило, в таких устройствах применяют емкостные интеграторы. В таком интеграторе в накопительную емкость С поступает ток I
Схема конструируется так, чтобы в течение измеряемого интервала At, определяемого импульсами А к В, ток не изменялся (/=const), тогда At//A?=const.
Таким образом, прирост напряжения на интегрирующем конденсаторе пропорционален измеряемому интервалу. Импульсы с амплитудой AU, пропорциональные измеряемым интервалам Aty поступают в амплитудный анализатор.
Заметим, что помимо емкостных интеграторов иногда применяют интеграторы с индуктивностью.
В преобразователях стартстопного типа высокие требования предъявляют к формирователю, вырабатывающему импульс, длительность которого равна измеряемому интервалу. В частности, следует применять триггеры с малым временем переключения, например ЭСТЛ интегральные схемы, у лучших образцов которых это время составляет доли наносекунды.
Преобразователи с перекрытием входных импульсов. В тех случаях, когда трудно сформировать импульс, длительность которого равна измеряемому интервалу, находят применение преобразова-
232
Вході
(а) и временные диаграммы (б)
тели, основанные на принципе перекрытия входных импульсов. Идею метода рассмотрим на примере схемы преобразователя (рис. 4.34,а). Схема рассчитана для работы с импульсами, имеющими крутые передние фронты и пологий спад (рис. 4.34,6). Такая форма импульсов (см. гл. 1) характерна для детекторов излучений. Импульс А соответствует началу измеряемого интервала іИЗм, импульс В — концу. На входе схемы эти импульсы формируются при помощи короткозамкнутых линий задержки. Задержка линии выбирается такой, чтобы длительность сформированного импульса T была немного больше максимального измеряемого интервала, 7’>^изм.макс. Сформированные импульсы перекрывают друг другу во времени, и схема преобразует интервал перекрытия ?Пер в амг плитуду. А измеряемый интервал іизм находится из очевидного соотношения
^HSM = T ^nep •
Проследим преобразование интервала перекрытия в амплитуду. В исходном состоянии через диоды Д\ и Д2 течет ток и падение напряжения в точке 0 мало. Примерно такой же потенциал имеет интегрирующий конденсатор, соединенный с точкой 0 диодом Д3. С приходом стартового импульса А' запирается Ди но так как проводит Д%, то потенциалы точек 0 и С изменяются незначительно. Только с приходом импульса В' запирается Д2 и С начинает заряжаться через Д3 и R. Заряд прекращается, как только исчезнет импульс А', так как при этом откроется диод Ди повысится потенциал точки 0 и, следовательно, запрется диод Дз.
В данной схеме применена простая интегрирующая /?С-цепь. Во время перекрытия импульсов напряжение на конденсаторе нарастает экспоненциально
?/= — ?[1— ехр(—HRC)];
233
U=-E
t
RC
При /дерRC
2!
U^ — E-
3!
RC
(4.19)
Таким образом, для получения хорошей линейности преобразования надо выбирать достаточно большую постоянную интегрирующей цепи. Это приводит к малой амплитуде импульсов, поступающих на амплитудный анализатор. Для повышения амплитуды следует увеличить напряжение E источника питания или ввести линейный усилитель. В более сложных схемах применяют генератор стабильного зарядного тока.
В схеме с перекрытием импульсов входные сигналы А и В могут меняться местами, т. е. импульс В может стать стартовым, а А — стоповым импульсом. Для устранения возникающей неоднозначности вводится дополнительная логическая схема.
Преимущество схем с перекрытием по сравнению со стартстоп-ными преобразователями состоит в том, что они не боятся перегрузки одиночными импульсами. Действительно, стартовые импульсы практически не влияют на процессы в схеме. Напомним, что интегрирующая емкость начинает заряжаться только с приходом второго импульса пары — В.
