核电子学与核仪器课件11

核电子学与核仪器覃国秀qinguoxiu198201@163.comTel技术教研室2009/05/14作业讲解3.1：P58-59(性能指标：计数率与分辨率)3.2：P63-64(区别)3.3：P68(方法)3.5：讲解3.6：P96、P1003.7：讲解3.8：P803.12：讲解上次课关键点脉冲幅度甄别器

工作原理、微分谱、积分谱、一般要求、半计数法单道脉冲幅度甄别器工作原理、实验用单道脉冲幅度分析电路的结构、技术指标本堂课主要内容三、幅度-数字变换3.1用于幅度分析的模数转换器及其基本性能3.2线性门和模拟展宽器3.3线性放电型模数变换三、幅度-数字变换3.1用于幅度分析的模数转换器及其基本性能

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布计数。用于幅度分析的模数转换器是核电子学中的一个重要内容。叠加单道组成的多道分析器

原理简单，但是当道数很多时，设备过于庞大，而且各个单道分析器的道宽也很难一致和稳定。三、幅度-数字变换3.1用于幅度分析的模数转换器及其基本性能到了50年代，人们开始采用模数变换方法和存储器技术，研制成多道脉冲幅度分析器。所谓的模数转换时将脉冲幅度变换成数字量，即按脉冲幅度大小分类编码，然后分别记入存贮器相应的各个地址单元中。幅度-数字变换示意图三、幅度-数字变换3.1用于幅度分析的模数转换器及其基本性能模数变换器按一定的幅度间隔将输入信号分类，每一类有一个与幅度大小成正比的数码(通常是二进制码)。每一个分类称为一道，分类号也就是道号m。相应于不同道号m，在存贮器中有相应的第m个存贮单元，或相应的地址单元。模数变换器的工作过程幅度谱直方图三、幅度-数字变换3.1用于幅度分析的模数转换器及其基本性能模数转换是一种量化处理，即把连续的模拟量变换成离散的数字量，所以模数变换是用一系列等间隔的量化电压将幅度分成为多少类。一个量化级数相应于模数变换器的一个道。每个量化电压都是道边界。相邻的两个量化电压组成一个道。相邻两个量化电压间的差值称为模数变换器的单个道宽h，所有单个道宽的平均值称为模数变换器的道宽H。量化电压数用L表示，最大量化电压数为Lmax，最低量化电压称为0点。所以最大量化电压数Lmax就是模数变换器的道数。三、幅度-数字变换3.1用于幅度分析的模数转换器及其基本性能模数变换器的精度还常用变换系数来表示。变换系数的定义：每单位幅度可变换成多少道数。它与道宽是倒数关系。模数变换器的精度另一种表示方法是分辨率。它表示模数变换器相应于能分辨的最小模拟量变化值的数字值。三、幅度-数字变换3.1用于幅度分析的模数转换器及其基本性能模数变换器可分析的最大信号幅度Amax：一般，模数变换器可分析的最大信号幅度不超过10V。所以如果道宽小则模数变换器的道数就大，即：三、幅度度-数字变换换3.1用于幅度度分析的的模数转转换器及及其基本本性能模数变换换器的输输入信号号幅度A与道数之之间的关关系称为为模数变换换器的幅幅度响应应。模数变换换器的积积分非线线性和微微分非线线性三、幅度度-数字变换换3.1用于幅度度分析的的模数转转换器及及其基本本性能习惯上的的模数变变换通常常是指幅度-数字变换换，简称ADC(其它模拟拟量变换换则指明明模拟量量，如时时间-数字变换换)。模数变换换器已广广泛用于于电子学学的各个个领域，，它是连接模拟拟信号处处理系统统和数字字信号处处理系统统的关键环节节。在核电电子学中中，核辐辐射探测测器的输输出信号号在经过过各种模模拟处理理后，也也要通过过模数变变换将模模拟量变变成数字字量，再再由数字系统统进行分分析处理理。需要注意意的是，，核电子学学中测量量随机脉脉冲幅度度分布的的模数变变换器，，不同于于一般商商品生产产的模数数变换器器集成电电路。其主要特点点是对快速随随机脉冲冲幅度进进行模数数变换，要求保持持脉冲峰峰值而不不是对慢慢变化进进行采样样保持。三、幅度度-数字变换换3.2线性门和和模拟展展宽器线性门线性门是是传输脉脉冲模拟拟量的门门电路，，信号是是否能够够通过是是由门控控信号来来决定的的。但是它它不同于于逻辑门门电路，，因为开开门时要要求信号号能无畸变的通过。。线性门工工作原理理三、幅度度-数字变换换3.2线性门和和模拟展展宽器线性门线性门可可分为常闭线性性门和常常开线性性门。常闭和常常开线性性门的传传输函数数三、幅度度-数字变换换3.2线性门和和模拟展展宽器线性门线性门电电路有串联线性性门和并并联线性性门等。串联线性性门结构构并联线性性门结构构三、幅度度-数字变换换3.2线性门和和模拟展展宽器线性门在实际电电路中可可用二极管、、三极管管、场效效应管等有源元元件作为为模拟开关关。但是，，这些元元件都不不是理想的开关，，这就使使得时间间的线性性门存在在各种不足之处处，因此就就要了解解其特性性。（1）开门特特性线性门开开门时要要使信号号以最小小畸变通通过，所所以要求求其线性、稳稳定性和和瞬态特特性都要好。。（2）关门特特性台阶：无信号输输入时线线性门在在开和关关两种状状态时输出端静静态电压压不一样。。漏信号：在关门门状态时时，由于于存在分布电容容、极间间电容以以及器件件的漏电电流等因素，，使得输输入端到到输出端端之间的的阻抗不不是无限大，输入信信号总会会有一些些要漏到输出端去。（3）开关的的过度特特性开关干扰扰：在无输输入信号号情况下下，由于于门控信信号的作作用，线性门在在开和关关的瞬间间在输出出端产生生的瞬变变干扰信信号。开关速度度：线性门门在门控控信号作作用下，，无论从从开门到到关门，，或从关关门到开开门都有有一过度度过程。。三、幅度度-数字变换换3.2线性门和和模拟展展宽器模拟展宽宽器模拟展宽宽器用于于把脉冲冲信号的的峰顶展展宽，所所以又称称为峰值保持器。在能谱测量时时，所测的是是脉冲的峰顶顶幅度，但是是探测器输出出信号经放大大成形后的脉脉冲信号其峰峰顶是比较窄窄的，不能满满足多道脉冲冲幅度分析器器和其它仪器器的要求。模拟展宽器的的基本工作原原理是利用二极管的的单向导电性性和电容的存存贮作用。三、幅度-数字变换3.2线性门和模拟拟展宽器模拟展宽器实际模拟展宽宽器电路只在在脉冲峰顶被被存储电容CH上展宽到一定定宽度后，就开始放电。RC指数放电；恒恒流线性放电电；延迟开关关放电三、幅度-数字变换3.2线性门和模拟拟展宽器模拟展宽器二极管存在非线性，其正向电阻阻rD是通过该管电电流的函数。。在输入幅度度不同条件下下，rD是一个变量，在小幅度范范围时变化更更大。为了加快充电电速度，减小rD的非线性，可可以用运算放放大器使减rD小为rD/(1+A)。有源二极管模模拟展宽器三、幅度-数字变换3.2线性门和模拟拟展宽器模拟展宽器实际模拟展宽宽器原理图和和工作波形三、幅度-数字变换3.3线性放电型模模数变换线性放电型模模数变换器原原理线性放电型模模数变换器（Wilkinson型模数变换器器）的电路简单、道道宽一致性好好且便于生产产，国内外产品品大多数仍然然是线性放电电型模数变换换器。它的工工作原理是基基于脉冲幅度与时时间的线性变变换。首先，把脉冲冲幅度V变换成时间间间隔Δt，然后把时间间间隔Δt变换成数字m。三、幅度-数字变换3.3线性放电型模模数变换线性放电型模模数变换器原原理实现V-Δt变换的基本工工作原理：实现Δt-m变换的基本工工作原理：三、幅度-数字变换3.3线性放电型模模数变换线性放电型模模数变换器原原理由此求得的道宽为：线性放电模数数变换器的道道宽由周期时钟T0、恒流源电流I及保持电容CH决定。三、幅度-数字变换3.3线性放电型模模数变换线性放电型模模数变换器的的结构三、幅度-数字变换3.3线性放电型模模数变换线性放电型模模数变换器的的结构（1）线性门在模数变换器器中，线性门用于控控制输入信号号是否要通过过，即用线性门门实现对输入入信号的所谓谓“占用封锁”。在一个信信号输入达到到峰值后，线线性门就关闭以便让模数变变换器对输入入信号进行变换并把变换结果果在存贮器中中存贮起来。在上述变换和存贮期期间，线性门一直直关门，以便阻止随随后的信号输输入，避免在在变换或存贮贮过程中产生生干扰而出错。三、幅度-数字变换3.3线性放电型模模数变换线性放电型模模数变换器的的结构（2）控制逻辑幅度分析范围围逻辑：由上、下甄别器器组成，只有输输入信号幅度度在上、下甄甄别电压之间间的信号才进进行变换。符合、反符合合选择逻辑：：使用符合逻辑辑时，输入信信号只有与符符合端信号在在时间上相符合时，才进行变变换；使用反反符合逻辑时时，情况则相相反。采样选择逻辑辑：用于测量直直流信号或慢慢变信号的幅幅度分布曲线线。三、幅度-数字变换3.3线性放电型模模数变换线性放电型模模数变换器的的结构（2）控制逻辑初始化逻辑：模数变换器器接通电源开开关时，产生生一个初始化化逻辑信号，，使其各个部部分都处于初始化状态。延迟峰探测逻逻辑：当输入信号号的宽度很宽宽时，线性门门的关闭时间间可能太早，，从而使输入入信号的峰探探测出现误差。为此，使用用延迟峰探测测逻辑可以使使输入脉冲宽宽度大至上百百微秒。转贮逻辑：转贮逻辑可使使模数变换结结果在符合一定条件件时允许存贮，否则禁止存贮。三、幅度-数字变换3.3线性放电型模模数变换线性放电型模模数变换器的的结构（3）偏置电路又称零道阈调节电电路，所谓零道阈是是指模数变换换器第零道所所对应的输入入信号幅度。这时第零道道不是从零伏伏起始，而是是从输入幅度度某一数值算算起，零道阈阈的值实际上上是切除脉冲底部部的电压幅度度值。（4）地址寄存器器和存贮控制制电路地址寄存器用用于暂时寄存模数变换器交交换后的地址址码。由存贮贮RS触发器发出存存贮命令，若若存贮器允许许存贮，则发发回取址信号号。三、幅度-数字变换3.3线性放电型模模数变换线性放电型模模数变换器的的结构（5）地址溢出装装置地址寄存器的的容量相应模模数变换器的的量程，当输输入信号幅度度超过模数变变换器量程时时，地址寄存存器发出地址址溢出