核电子学实验讲义

1、核电子学实验讲义核 技 术 教 研 室2015年版实验安排一、分组安排 2个班共80人，分5组（A、B、C、D、E），每组16人。共四个实验（1、2、3、4）。例如，下面的A1代表第1组学生做第1个实验，B1代表第2组学生做第1个实验。二、时间安排周一周二周五周日第3周下午5-6节A1下午7-8节B1第4周下午5-6节C1下午5-6节D1下午7-8节E1下午5-6节A2下午7-8节B2第5周下午5-6节C2下午5-6节D2下午7-8节E2下午5-6节A3下午7-8节B3第6周下午5-6节C3下午5-6节D3下午7-8节E3下午5-6节A4下午7-8节B4第7周下午5-6节C4下午5-6节D4下

2、午7-8节E4注意：1、实验按学校规定进行，必须上交预习报告和实验报告；三、实验地点地学楼：A307目 录核电子学实验基础········································

3、;··················································

4、;·····1实验注意事项···········································

5、3;·················································

6、3;·········7实验1 闪烁探测器的调试······································

7、83;··········································9实验2 线性放大器······

8、;··················································

9、;···································14实验3 单道脉冲幅度分析器············&#

10、183;·················································&#

11、183;··············19实验4 A/D转换电路·································&

12、#183;·················································&

13、#183;······24核电子学实验基础一、数字示波器的使用1、示波器前面板和用户界面核电子实验室使用的是RIGOLDS5102CA型数字示波器，该示波器的外形见图1。图1 RIGOL DS5102CA数字示波器(1) 界面认识示波器面板上包括旋钮和功能按键。旋钮的功能与其他示波器类似。显示屏右侧的一列5个灰色按键为菜单操作键（自上而下定义为1号至5号）。通过它们可以设置当前菜单的不同选项。其它按键（包括彩色按键）为功能键，通过它们可以进入不同的功能菜单或直接获得特定的功能应用。图2 DS5102CA面板操作操作说明(2) 探头补偿

14、在首次将探头与任一输入通道连接时，需要进行此项调节，使得探头与输入通道相配。未经补偿或补偿偏差的探头会导致测量误差或错误。若需调整探头补偿，请按如下步骤： 将探头菜单中的衰减系数和探头上开关设定为一样的值，都为1X或10X，通常都设为10X，并用探头将通道1和探头补偿器相连。打开通道1，然后按AUTO键自动设置； 检查所显示波形的形状； 图3 补偿过渡 图4 正确补偿 图5 补偿不足 如必要，用非金属质地的改锥调整探头上的可变电容，直到屏幕显示的波形如图4所示的“补偿正确”。2、仪器检查在使用仪器前，通常通过自检信号对仪器做一次快速功能检查，以核实本仪器运行正常。具体步骤如下：(1) 接通电源

15、，打开示波器开关，仪器执行所有自检项目，并确认自检；(2) 用示波器探头将信号接入通道1(CH1)，将探头上的开关设定为10X，并用探头线将通道1与探头补偿器相连；(3) 探头设置与示波器中同比例的衰减系数（默认通常设定10X），从而使得测量结果正确反映被测信号的电平；(4) 按住AUTO按键几秒钟内，可以看到方波显示（1kHz，峰峰值约3V）。(5) 同样的方法检查通道2（CH2），按0FF功能按钮以关闭通道1，按CH2功能按钮以打开通道2，重复步骤2、步骤3步骤4。3、使用实例观测电路中一未知信号，迅速显示和测量信号的频率和峰峰值。(1) 迅速显示该信号，请按如下步骤操作： 将探头菜单衰减

16、系数设定为1X，并将探头上的开关设定为1X； 将通道1的探头连接到电路被测点； 按下AUTO （自动设置按钮）。示波器将自动设置使波形显示达到最佳。在此基础上，您可以进一步调节垂直、水平档次，直至波形的显示符合您的要求。(2) 进行自动测量示波器可对大多数显示信号进行自动测量。欲测量信号频率和峰峰值，请按如下步骤操作： 测量峰峰值按下MEASURE按钮以显示自动测量菜单按下1号菜单操作键以选择信源CH1按下2号菜单操作键选择测量类型：电压测量按下2号菜单操作键选择测量参数：峰峰值。此时，您可以在屏幕左下角发现峰峰值的显示。 测量频率按下3号菜单操作键选择测量类型：时间测量按下2号菜单操作键选择

17、测量参数：频率。此时，您可以在屏幕下方发现频率显示。4、使用要求(1) 熟练使用示波器观察测量点脉冲；(2) 能够使用示波器测出脉冲的幅度、宽度和频率。二、信号发生器的使用1、信号发生器前面板和用户界面核电子实验室使用信号发生器如图6所示。图6 SFG2004信号发生器(1) 界面认识信号发生器面板上包括旋钮和功能按键。旋钮的功能主要用于各种输出信号的微调。显示屏上面的按钮功能是对输出波形进行选择（可选择输出三角波、方波和正弦波）。显示屏右侧的按钮主要用于调节输出脉冲的频率，灰色的大旋钮用于对输出频率进行微调。显示器下方的3个旋钮主要用于对输出模拟信号幅度、补偿的调节。图7 SFG2004信号

18、发生器面板操作操作说明(2) 使用步骤 开机接通电源，预热一段时间，待输出稳定后，即可使用； 根据需要，按下相应的“波形选择按钮”，选择适当的波形； 根据所需输出信号的频率，选择对应的“频率单位”，输入适当的输出信号频率； 根据所需输出信号的幅度，调节输出信号幅度大小，必要时可连接示波器观察。注意 实验中用50负载输出端。2、使用实例用示波器观察信号发生器输出波形（三角波、正弦波和方波）。(1) 用信号线将信号发生器的50负载输出端和示波器的CH1输入端连接起来；(2) 打开信号发生器和示波器，并等待一段时间；(3) 调节信号发生器的输出波形选择按钮，使其输出方波；(4) 调节信号发生器的幅度

19、旋钮，是输出信号幅度为1V。(5) 重复(3)和(4)，是信号发生器输出1V的三角波和正弦波。3、使用要求(1) 熟练使用信号发生器输出各种波形；(2) 能够使用信号发生器调节输出脉冲的幅度和频率。三、稳压电源的使用1、稳压电源前面板和用户界面核电子实验室使用的稳压电源如图8所示。图8 LM1719A直流稳压电源(1) 界面认识在许多电子线路中，要求输入的电压稳定、连续可调，并有较大的工作电流。直流稳压电源可满足此种要求。稳压电源为双路输出电流1A、2A、3A；输出电压范围为030V，连续可调。面板设置较为简单（图9），使用时应该根据要求操作。图9 LM1719A型直流稳压电源面板介绍 (2)

20、 使用步骤 开启电源开关，指示灯亮，表示电源接通，应预热10min； 面板上设有两个电压表和两个电流表，为两路电源分别使用。还有“电压监视”和“电流监视”的电压表和电流表。若需监视电压、电流时，调节“电压粗调及细调”旋钮，即可得到所需的电压值； 若过载或短路，电源保护无输出时，应排除过载或短路故障，按“启动”按钮，电源即可恢复输出；注意：实验中使用电压档若发现C.C灯亮了，请立刻关闭电源，查找短路故障，排除故障后才能打开开关！ 输出电压由接线柱“”、“”端供给，“地”接线柱仅与机壳相连。与其他仪器连接时，需注意“共地”问题； 若是需要5V、5V电压可以直接接到最右边的5伏电源接线柱上（如图10

21、所示）。需要单极性电压时，使用左面的两组接线柱中的一组，把GND端和“”端连在一起（如图11所示）。如需要双极性电源，则把两组电源的中间四根接线柱连在一起形成共地端（如图12所示）。注意：核电子实验一般用的都是双极性电源，所以在接线的时候一定要注意！图10 5V电源连接示意图图11 030V单极性电源连接示意图图12 030V双极性电源连接示意图2、使用要求(1) 掌握稳压电源的各种接法，特别是双极性接法；(2) 能够熟练的使用稳压电源为实验电路板提供各种直流电源。实验注意事项一、基础仪器使用注意事项1、示波器使用注意事项(1) 使用前请检查所使用示波器的器件是否完整（整个示波器包括示波器本身

22、、一根探针、一根信号线和一本使用说明书），如发现不完整请上报实验老师；(2) 使用示波器前一定要先进行仪器检查，以便发现问题；(3) 在使用示波器过程中，对示波器的操作界面请温柔对待，不要乱按乱旋；(4) 在使用示波器探针的过程中，一定要轻轻的接触观测点，要做到手不离探针，如发现把探针插入观测点而导致探针弯曲的，后果自负；(5) 实验完后，请把示波器的探针和信号线收回到包里。2、信号发生器使用注意事项(1) 使用信号发生器前，请先预热10分钟左右；(2) 在使用信号发生器的过程中，请对信号发生器的操作界面温柔点，不要乱按乱旋；(3) 实验过程中，如果信号发生器出现问题，请立刻报告实验课老师。3

23、、稳压电源使用注意事项(1) 使用稳压电源之前，请认真学习其使用手册和实验电路图，明确实验电路所需电压为多少，这个电源如何通过稳压电源获取；(2) 打开稳压电源之前，一定要检查所连电路是否有短路的地方，在确认没有短路之后再打开电源开关；(3) 使用稳压电源的时候，其电流调节旋钮请不要旋到最大或最小，因为这样容易导致稳压电源短路；(4) 使用稳压电源的过程中，一旦发现指示灯变成绿色，请立刻关闭电源；(5) 实验完成后，请将稳压电源的连线收拾好。二、单元电路板使用注意事项(1) 实验前，一定要认真仔细的看实验电路板的电路图，明确该电路所需的电源及各个观测点；(2) 拿到实验电路板后，请先检查该电路

24、板是否完好，如发现问题，请报告实验课老师。；(3) 要好好对待实验电路板，轻拿轻放，在不测量的时候，请将电源关掉；(4) 调节电路板的时候，不要太用力，以免损坏元件；(5) 实验完后，请将电路板上的连线拔出，并将其收回到实验箱里，在实验老师检查完电路板之后，才可离开。三、实验过程注意事项1、实验前一定要预习，并在上实验课的时候上交实验预习报告；2、实验课迟到1分钟扣10分，如果开课10分钟不到的就以旷课论处（请假的学生请出示正规请假条）；3、上课过程中一定要注意听课，严格遵守学生手册的规定；4、实验过程中，在连接好电路之后，一定要让实验课老师检查连线是否合格。如果私自通电导致实验仪器损坏的，要

25、负责维修直至仪器恢复正常；5、实验当中，遇到不懂的问题就问，如果电路在老师检查后通电出现问题的，请立刻断掉电源；6、实验的结束以实验结果检查通过为标准，如果实验无结果就以没参加实验论处（特殊情况另当别论）；7、实验结束后一定要保持实验室的清洁卫生，如果发现有乱丢垃圾的，参与整个实验的学生都要受到扣分处罚；8、实验结束后，一定要将仪器设备等收拾好，如实验完后发现没收拾的，操作分为0分；9、实验报告请勿抄袭（一组几个人的，除了实验数据可以一样外，其它请勿抄袭），如发现抄袭按60分/n（n代表实验报告抄袭的人数）来处理。33实验1 闪烁探测器的调试一、实验目的1. 掌握闪烁探测器的结构、组成及工作原

26、理；2. 了解闪烁探测器的输出脉冲波形；3. 了解高压变化及入射射线能量的变化对闪烁探测器输出波形的影响；4. 了解闪烁探测器的工作坪曲线。二、实验内容1. 按照电路图3连接好仪器；2. 按要求组装闪烁探测器，并测量闪烁探测器输出波形的幅度和宽度，将测量结果记下来；3. 变换测量条件（改变源与探测器的距离或输入高压），观察输出波形变化情况，并记录测量结果。三、实验原理闪烁探测器（图1）是利用辐射在某些物质中产生的闪光来探测电离辐射的探测器。一般由闪烁体、光电倍增管和相应的电子仪器三个主要部分组成。在闪烁体周围包以反射物质（有一面透光），这样能使光子集中向光电倍增管方向射去。光电倍增管是一个真空

27、器件。它由光阴极、若干个打拿极和一个阳极组成。光阴极前有一个玻璃或者石英制成的窗，整个器件外壳为玻璃，各电极由针脚引出。通过高压电源和分压电阻，使阳极的各打拿级间建立从高到低的电位分布。闪烁光子入射到光阴极上时，由于光电效应会产生光电子，这些光电子受极间电场加速和聚焦，打在第一个打拿极上，产生3-6个二次电子，这些二次电子在以后各打拿极上又发生同样的倍增过程，直到最后在阳极上可直接收到104-109个电子。所以人们把这种器件称为光电倍增管。大量电子会在阳极负载上建立起电信号，通常为电流脉冲或电压脉冲，然后通过起阻抗匹配作用的射极跟随器，由电缆将信号传输到电子学仪器中去。通常闪烁体透光一面由玻璃

28、封装，如果它与光电倍增管窗之间存在空气层就会使闪烁光子反射回闪烁体，因此，在其间充以折射系数和玻璃差不多的硅油，就能使光子损失大大减少。实用上常将闪烁体、光电倍增管和分压器及射极跟随器都安装在一个暗盒中，统称探头。探头中有时在光电倍增管周围包以磁屏蔽作用的铍莫合金，防止环境中磁场透入管子中去。电子仪器的组成单元则根据闪烁探测器的用途而异，常用的有高（低）压电源、线性放大器、单道或多道脉冲幅度分析器，有时也可包括门电路、定时电路、符合电路、定标器、计数率仪以及其它辅助电子学单元（例如示波器、脉冲发生器），还有国产NIM系统标准插件，可方便而灵活搭配。1、闪烁探测器的工作过程：(1) 射线进入闪烁

29、体，与之发生相互作用，闪烁体吸收带电粒子能量而使原子、分子电离和激发；(2) 受激原子、分子退激并发射荧光光子；(3) 利用反射物和光导将闪烁体光子尽可能多地收集到光电倍增管的光阴极上，由于光电效应，光子在光阴极上击出光电子；(4) 光电子在光电倍增管中倍增，数量由一个增加到104-109个，电子流在阳极负载上产生电信号；(5) 阳极输出信号被后续电子仪器记录和分析。图1 闪烁探测器结构示意图2、闪烁体闪烁体按其化学性质可分为两大类：一类是无机晶体闪烁体。通常是含有少量杂质（称为“激活剂”）的无机盐晶体，常用的有NaI(Tl)单晶体、CsI(Tl)单晶体、ZnS(Ag)多晶体等。另一类是有机闪

30、烁体。它们都是环碳氢化合物，例如蒽、萘、对联三苯、甲苯等。本次实验用的NaI(Tl)晶体密度较大，而且高原子序数的碘(Z=53)占重量的85%，所以对射线探测效率特别高，同时相对发光效率大。NaI(Tl)晶体的缺点是容易潮解，所以一般都密封在金属盒中。国产NaI(Tl)晶体种类很多。有大尺寸的测射线的晶体，也有几毫米厚的薄晶体，主要用于测量低能射线和X射线。3、光的收集与光导光学收集系统包括反射层、耦合层、光导等。它可使闪烁体的光能够均匀、有效地收集在光电倍增管的光阴极上。(1) 反射层的作用是把闪烁体中向四周发射的光有效地收集到光阴极上。一般用作反射层的材料有：氧化镁、二氧化钛、铝箔、镀铝塑

31、料薄膜等。(2) 由于闪烁体与光阴极接触的界面中存在着空气，为了尽量减少光线在交界面上发生全反射，以利于将光子大部分收集到光阴极上去，需要在闪烁体与光电倍增管之间加上一层“耦合剂”，其作用是有效地把光传给光电倍增管的光阴极，减少光在闪烁体与光阴极窗界面的全反射。光学耦合剂的材料有硅油、硅脂、甘油等。(3) 光导的作用是有效地把光传递给光电倍增管的光阴极。4、电子倍增器件(1) 基本原理和构造图2为光电倍增管的工作原理图。从闪烁体出来的光子通过光导射向光电倍增管的光阴极，由于光电效应，在光阴极上打出光电子。光电子经电子学输入系统加速、聚焦后射向第一“打拿极”。每个光电子在打拿极上击出几个电子，这

32、些电子射向第二打拿极，再经倍增射向第三打拿极，直到最后一个打拿极。所以，最后射向阳极的电子数是很多的。阳极把所有电子收集起来，转变成电信号输出。图2 光电倍增管工作原理图(2) 分压器光电倍增管中各电极的电位由外加电阻分压器抽头供给，所加高压可以是正高压，也可以是负高压。一般，维持阴极和第一打拿极之间适当高的电场很重要，它有利于提高信噪比和能量分辨率。有的光电倍增管在光阴极与第一打拿极之间还有聚焦电极，这样三个电极组成一个电子光学输入系统。适当调整它们之间的电位分布，可以使大部分光电子都能顺利到达第一打拿极，从而获得最大的收集效率。中间的打拿极采用均匀分压器，其电压绝对值大小可根据需要的放大倍

33、数来调节。由于在最末几级打拿极中的电流已相当大，一般使用非均匀分压器使最末二、三级打拿极之间有较高的电压，以避免空间电荷效应，否则光电倍增管的线性工作范围要受到限制。同时，为了避免在最后几个打拿极上，因脉冲电流过大使极间电压下降，一般在分压电阻上并联旁路电容。至于末级打拿极和阳极之间的电压，由于阳极仅仅收集电子，不再继续倍增，故末级打拿极和阳极之间的电压一般选取比较低的值。分压器所选电阻应具有小的温度系数和较高的稳定性，并且实际耗散功率比额定功率小。但另一方面，为保证光电倍增管工作稳定，必须使流经分压电阻的电流远大于最大阳极电流，即应使总分压电阻阻值适当小，以保证打拿极之间电压基本不变。(3)

34、 主要指标光电倍增管是将光信号转变为电信号，并将电信号加以放大的器件。它的主要指标包括：光电转换特性、电子倍增特性、噪声或暗电流、时间特性等。(4) 光电倍增管的暗电流与本底脉冲（暗噪声）当光电倍增管无光照射时，所产生的阳极电流称为“暗电流”。阳极暗电流是在一定电压下或在达到一定的阳极光照灵敏度所需的总电压下测定。通常在10-6-10-10A数量级。引起暗电流的主要原因有：热发射、欧姆漏电、残余气体电离、场致发射、切伦科夫光子、玻璃管壳放电和玻璃荧光、光阴极曝光等。四、实验设备与电路原理图1、实验设备1. 数字型脉冲示波器1台；2. 0-3000V高压电源插件；3. 万用表一只；4. NaI晶

35、体探头一只；5. 射线源（137Cs或60Co）；6. NIM机箱一台。2、电路原理图（图3）图3 闪烁体探测器器件连接图五、实验步聚1. 将完好的元件按电路图3将仪器连接起来；2. 电路连接好后，接通高压电源，逐渐调至600V，然后分别在探头前放上137Cs源或60Co源，用示波器观测闪烁器的输出波形，并记下波形的幅度和宽度；3. 改变137Cs源或60Co源到探测器的距离（离探测器大约1m远处，高压保持600V），观察波形改变情况，并做记录；4. 将高压逐渐从0V上升到1000V（每次改变50V，要求对137Cs源和60Co源都要进行测量），观察探测器输出波形变化情况，并记下相应的波形的幅

36、度和宽度；5. 关闭电源，拔下探头。六、实验报告编写要求1. 绘制137Cs或60Co放射源的输出波形，注明各测量条件（能量、距离），并说明探测器输出脉冲幅度和射线能量的关系；2. 记录不同高压下，测得137Cs或60Co放射源的输出脉冲幅度和宽度；3. 说明探测器输出脉冲幅度与高压间的关系，并画出相关曲线（要求将137Cs和60Co放射源输出脉冲幅度与高压的关系画在同一图中）。七、实验思考题1. 试述正确使用闪烁探测器的措施？2. 详述闪烁探测器输出脉冲波形的影响因素有哪些？实验2 线性放大器一、实验目的1. 了解线性放大器在核辐射测量仪器中的作用；2. 掌握线性放大器的基本构成及工作过程、

37、调试方法；3. 认识线性放大器各主要工作点的输出波形及变化。二、实验内容观察线性放大器各个节点波形的变化，熟悉不同微分时间、积分时间和放大倍数的调节（包括粗调和细调）、了解极-零相消和基线恢复电路的结构和作用及输入与输出波形的关系。三、实验原理线性放大器主要由极-零相消电路，极性转换电路，可调放大节，积分电路，基线恢复电路组成。线性脉冲放大器的主要任务是对探测器的输出小信号进行线性放大和脉冲成形，以满足后继分析测量电路的需要。图1 极-零相消电路1、极零相消电路在几级相串联的系统中，将前级传递函数的极（零）点和后级的零（极）点相消，从而改善输出波形的方法称为极-零相消。 如图1所示，该电路由电

38、位器RW1来调节极-零电阻的阻值，通过调节，使得下式中的1等于输入信号的时间常数i，从而消除输出信号的下冲。至于，微分电路的成形时间可通过改变C1和R1来调节。图2 极性转换电路2、极性转换电路极性转换电路主要用于改变输入信号的极性。当前置放大器输出信号为负脉冲，如果想要将其转换为正脉冲可使其通过负反馈放大器的反相端，如果不想改变输入信号的极性可让其通过放大器的同相端。图3 可调放大节电路3、可调放大节可调放大节为负反馈放大节，通过调节电位器RW3的阻值来调节放大节的放大倍数。对于负反馈放大节的放大倍数计算可用下面的公式计算。并联反馈：串联反馈：4、限幅器图4 限幅器电路如果输入脉冲的幅度比较

39、大，通过极性转换电路后，脉冲会进一步放大，这将不利于后续电路进行分析。这主要是因为当运算放大器输入幅度比较大的脉冲时会引起失真，所以在可调放大节A2前面连了一个限幅器。一旦发现P3点的脉冲幅度过大可接通开关KD，使A2的输入脉冲幅度限制在0.7V左右。5、积分电路图5 有源积分滤波电路积分电路为多级积分成形，其作用是将信号成形为准高斯波形。实验电路板上有3级积分电路。图5所示为2级有源积分滤波电路，其后再接一级无源积分滤波电路。经过3次积分后可输出准高斯波形脉冲信号。6、基线恢复电路 图6所示为一无源CDD基线恢复电路。当输入脉冲计数率很高的时候，由于耦合电容的充放电使得输出信号的基线产生偏移

40、。为了使输出信号的基线恢复到原来的位置，引入了基线恢复电路，通过它可使输出信号的基线恢复到原来的位置上。图6 基线恢复电路四、实验设备线性放大器实验板、直流稳压电源、信号发生器、数字示波器、工具箱。五、实验步骤1. 按照实验原理图（图7）对照实验电路板，熟悉调节的元器件和观察点位置；2. 将电路板接上直流稳压电源，在输入端接上信号发生器；3. 接通电源，按实验内容要求操作，用信号发生器在输入端输入一个小方波信号（100mV），选择合适的频率，用数字示波器对各工作点进行输入观察，并记录各点波形的形状、幅度和宽度；4. 调节电位器RW1使得输出波形没有下冲，并记录P2波形；5. 把双向开关K3打向

41、不同的方向，看P3点输出有什么变化，调节RW2观察P3输出波形变化，并记录波形；6. P4前的电阻选择不同的大小，观察输出波形的变化，将开关KD接通，观察输出波形变化，并记录波形；7. 断开KD，分别改变各可变电容C1、C2、C3、C4观察其对P2-P9等主要输出点的输出波形的影响（希通过望调节使得各微分、积分电路的时间常数一样，最终在P9点得到准高斯波形），并做记录；8. 接通或断开K8观察输出波形变化，并做记录。六、实验报告编写要求1. 画出各观测点的波形图，并写出其脉冲幅度与宽度； 2. 计算出实验用线性放大器的放大倍数。七、实验思考题1. 说明各输出端测得的波形变化原因？图7 线性放大

42、器电路图试验3 单道脉冲幅度分析器一、实验目的1. 熟悉CMOS集成电路；2. 掌握单道脉冲幅度分析器的工作原理和电路结构；3. 了解单道脉冲幅度分析器的工作过程和波形变化特征。二、实验原理单道脉冲幅度分析器（图1）包括两个甄别器，一个叫上甄别器，甄别阀用V上表示；另一个叫下甄别器 ，甄别阀用V下表示；上、下甄别阀之差称为道宽，用V表示，即：V = V上 V下 ；除了两个甄别器外，还有一个反符合电路。当信号Vin<V下时分析器无脉冲输出，Vin> V上时分析器无脉冲输出，V下<Vin<V上分析器有脉冲输出（如图2所示）。图1 单道脉冲幅度分析器结构框图图2 单道脉冲幅度

43、分析器工作原理图1、参考电压运算器参考电压运算器是由上、下两路运算放大器组成的加法器及精密的参考电压源构成。RW2和RW3用于调节输入电压，通过调节RW3和RW2可调节单道脉冲幅度分析器的下甄别阈和道宽。上、下两路输入电压首先通过一个跟随器，以提高其稳定性，然后通过P4和P10分别输入两个反相运算放大器从而得到正的电压（及阈电压）。同时，下甄别阈运算放大器的输出电压经过R10和R7输入上甄别阈的同相端，这相当于一个相加过程（即上甄别阈=下甄别阈+道宽）。图3 参考电压运算器图4 上、下甄别阈2、上、下甄别器 如图4所示，该电路板的上、下甄别阈由两个相同的集成电路脉冲幅度分析器组成。上、下阈电压

44、由前面的参考电压运算器提供，分别加到脉冲幅度分析器的同相端。当输入脉冲信号（由P7输入）幅度超过上或下甄别器的阈压时，该甄别器由高电平转为低电平。3、反符合电路凡符合电路如图5所示，该电路的作用是：实现单道脉冲幅度甄别器的功能（即只有输入脉冲幅度在上、下甄别阈之间的时候才有输出）。该电路可通过开关K1来分别实现微分输出和积分输出。图5 反符合电路4、单道脉冲幅度分析器反符合原理该单道脉冲幅度分析器反符合电路的原理图如图6所示。当Vin<V下时，上、下两个甄别器的输出（P13、P14）都是高电平，下甄别器的输出在P15点通过一个与非门后变成了低电平，这个低电平在P16与P13（高电平）一起

45、输入到RS触发器当中，然后在P17得到低电平，P17与P18（P16与P14的与非，为高电平）经过或非门15B，最终得到P19点的低电平；当V下<Vin<V上时，P13为低电平，P14还是高电平，P13在P15处得到展宽（这里二极管D3和电容C12组成一个简单的模拟展宽器），P15经过与非门后变成了高电平，RS触发器在两端都是高电平的时候保持原来的状态（即P17输出为低电平），P17与P18（由于P16变成了稍微展宽的高电平，经过与非门后，P18变成低电平）经过或非门15B，最终在P19处得到一个高电平，此高电平代表一个脉冲计数。同理，当Vin> V上时，可分析得到，最终P1

46、9为低电平。此反符合电路的右下支路为一积分输出电路，当开关K1打向JF时，单道脉冲幅度分析器变成了积分甄别器，输入脉冲只要超过下甄别阈就会有输出。三、实验内容及步骤1. 按照电路的原理图（图7）对照实验电路板，熟悉调节的元器件和观察点的位置；2. 按要求连接实验电路；3. 调节信号发生器，输出5 kHz三角脉冲，接入Vin端；4. 调节信号发生器RW2、RW3，使得上甄别阀V上= 4V，下甄别阀V下 =2V；5. 由小到大调节输入信号幅度，分别调节至下列三种状态：Vin<V下，V下<Vin<V上， Vin> V上然后观察P13、P14 .P19 各点波形的特征和变化，并

47、做记录；6. 观察ADD与RST的计数特征，了解电路的复位过程。图6 单道脉冲幅度分析器反符合原理四、实验设备单道脉冲幅度分析器实验板、直流稳压电源、数字示波器、信号发生器、万用表、工具箱。五、实验报告编写要求1. 分别画出三种状态：Vin<V下，V下<Vin<V上， Vin> V上各观察点脉冲的波形；2. 分别对三种状态：Vin<V下，V下<Vin<V上， Vin> V上下各观察点的脉冲进行分析，并与实验原理图做比较，得出结果。六、实验思考题1. 在原理电路图中观察，为什么RW2的调节就是道宽的调节？图7 单道脉冲幅度分析器实验4 A/D转换电

48、路一、实验目的1. 了解MCA实验板的电路结构和工作原理；2. 掌握A/D转换的过程及原理，学会计算转换结果；3. 熟悉LED管的解法和保护电路的设计。二、实验原理幅度分析是指测量信号幅度的分布，即按信号幅度大小进行分类计数。用于幅度分析的模数变换器是核电子学的重要内容。A/D转换就是将脉冲幅度变换成数字量，即按脉冲幅度大小进行分类编码，然后分别记入存贮器相应的各个地址单元中，其工作原理如图1。图1 幅度-数字变换示意图实验用MCA电路板的A/D转换器为逐次比较型模数变换器，与线性放电型模数变换器比较，它有变换速度快，易于做成集成电路芯片、功耗低和价格便宜等优点。用逐次比较方法进行模数变换域叠

49、加单道分析器方法类似。在叠加单道分析器组成的多道分析器中，输入信号Vi同时送到各个单道分析器中，Vi与各个单道分析器的阈电平进行比较，当幅度Vi处在某个单道阈电平范围内时就直接变换成相应的数字量。这种方法在比较过程中，只要进行一次比较久可以得到全部结果，又称为并行变换方法。显然，并行变换方法是速度最快的变换方法。但是在高道数时难于实现。如果用12个二进制标准电平组成4096个标准电平，每一次比较为一个标准电平，逐次进行比较，可构成4096道逐次比较型模数变换器。这种方法称为逐次比较法或串行变换方法。逐次比较型模数变换器利用二进制的标准电平与输入信号做比较。第一次比较时，取标准电平为满量程的一半

50、；若标准电平小于信号幅度，则标准电平保存下来，进行第二次比较。第二次比较的标准电平为上次标准加满量程的四分之一标准电平，若小于信号幅度，第二次标准电平通用保存下来（若标准电平大于信号幅度则不保存），进行第三次比较，依此类推，直到所有标准电平取出来比较完全才结束。图2给出了12位逐次比较型模数变换器的原理框图。图2 12位逐次比较型模数变换器原理框图1、A/D模数变换器 实验用A/D模数变换器有2种，分别是AD1674和AD574，它们的内部结构相差不大。AD1674是美国AD公司推出的一种完整的12位并行模/数转换单片。该芯片内部自带采样保持器(SHA)、10伏基准电压源、时钟源以及可和微处理

51、器总线直接接口的暂存/三态输出缓冲器。与原有同系列的AD574A/674A相比，AD1674的内部结构更加紧凑，集成度更高，工作性能（尤其是高低温稳定性）也更好，而且可以使设计板面积大大减小，因而可降低成本并提高系统的可靠性。(1) AD1674/AD574的基本特点和参数· 带有内部采样保持的完全12位逐次逼近（SAR）型模/数转换器；· 采样频率为100kHz；· 转换时间为10s；· 具有±1/2LSB的积分非线性（INL）以及12位无漏码的差分非线性（DNL）；· 满量程校准误差为0.125%；· 内有+10V基准电

52、源，也可使用外部基准源；· 四种单极或双极电压输入范围分别为±5V，±10V，0V10V和0V20V；· 数据可并行输出，采用8/12位可选微处理器总线接口；· 内部带有防静电保护装置(ESD)，放电耐压值可达4000V；· 采用双电源供电：模拟部分为±12V/±15V,数字部分为+5V；· 采用28脚密封陶瓷DIP或SOIC封装形式。· 功耗低，仅为385mW。(2) 内部结构及引脚说明图3所示为AD1674的内部结构框图，图4所示为其引脚排列。AD1674的引脚按功能可分为逻辑控制端口、并行

53、数据输出端口、模拟信号输入端口和电源端口四种类型。图3 AD1674的内部结构框图图4 AD1674引脚排列逻辑控制端口12/8：数据输出位选择输入端。当该端输入为低时，数据输出为双8位字节；当该端输入为高时，数据输出为单12位字节。CS：片选信号输入端，低电平有效。R/C：读/转换状态输入端。在完全控制模式下，输入为高时为读状态；输入为低时为转换状态；在独立工作模式下，在输入信号的下降沿时开始转换。CE：操作使能端；输入为高时，芯片开始进行读/转换操作。A0：位寻址/短周期转换选择输入端。在转换开始时，若A0为低，则进行12位数据转换；若A0为高，则进行周期更短的8位数据转换；当R/C=1且12/8=0时，若A0为低，则在高8位（DB4DB11）作数据输出；若A0为高，则在DB0DB3和DB8DB11作数据