Такие приборы называются также интегральными дискриминаторами, поскольку скорость счета на их выходе равна интегралу скорости счета событий по области амплитуд (энергий) выше порога.
В простейшем случае такой амплитудный дискриминатор в виде компаратора можно построить, используя операционный усилитель с подходящей полосой пропускания (рис. 5.11). Если на вход такого компаратора подан медленно меняющийся сигнал, то вход компаратора в течение определенного времени будет переключаться (осциллировать) в области перехода через порог под воздействием шума. Чтобы исключить это, на выходе компаратора ставят триггер Шмитта (ТШ), имеющий петлю гистерезиса (рис 5.12). Компаратор срабатывает, когда напряжение входного сигнала uвх достигает порога дискриминации UД, а в исходное состояние возвращается при снижении напряжения uвх до более низкого уровня UВ . Разность между напряжениями срабатывания дискриминатора и его возврата в исходное состояние называется напряжением гистерезиса, которое можно вычислитель по формуле
Напряжение гистерезиса должно несколько превышать напряжение шума в канале регистрации.
Полная схема дискриминатора часто дополняется одновибратором (рис. 5.13), который запускается от ТШ и выдает логический выходной сигнал постоянной длительности (например, 500 нс). Температурная стабильность порога дискриминатора обычно лучше 10-4/К.
Одноканальные анализаторы (ОА), дифференциальные дискриминаторы, состоят из двух амплитудных дискриминаторов, пороги которых отстоят друг от друга на определенную величину (рис. 5.14). Когда амплитуда импульса превышает нижний порог UН, но не превосходит верхний UВ, она находится в пределах «окна» или «канала» и вызывает формирование логического сигнала 1 на выходе прибора.
Положение порогов одноканального анализатора может регулироваться двумя способами. В первом нижний и верхний пороги устанавливаются независимо (как на рис. 5.14), во втором один потенциометр служит для регулировки нижнего порога, а второй – для регулировки ширины «окна». В этом случае для получения напряжения верхнего порога необходим «плавающий» (не привязанный к земле) источник стабильного напряжения (рис. 5.15).
Для предотвращения выработки ложного сигнала при амплитуде импульса, превышающей верхний порог, схема одноканального анализатора содержит логические устройства (рис. 5.16).
Линейные схемы пропускания (линейные ворота) – это электронно-управляемый ключ в цепи аналогового сигнала. Он должен в открытом состоянии пропускать входной сигнал на выход с высокой достоверностью, т.е. без амплитудных искажений, а в закрытом состоянии подавить выходной сигнал, т.е. удержать его ниже порога чувствительности последующей аппаратуры (рис. 5.17). Эти функции могут быть реализованы с помощью последовательного ключа, как это показано на рис. 5.17,а. При замкнутом ключе схема ворот открыта и может пропускать сигналы. На рис. 5.17,б показан параллельный ключ, при замкнутом состоянии которого сигнал uвх на выход не проходит, а при разомкнутом – передается без искажений. Часто используются комбинации последовательных и параллельных ключей, чтобы преимущества отдельных ключей использовать, а недостатки исключать.
Важнейшими параметрами для линейных схем пропускания являются ослабление сигнала и линейность передачи открытой системы, наводка сигнала через закрытую схему, а также наводка на выход управляющего сигнала. Для последовательного ключа ослабление сигнала определяется сопротивлением ключа в открытом состоянии Rоткр и входным сопротивлением последующей схемы Rвх (сопротивлением нагрузки линейной схемы пропускания), а величина наводки – импедансом ключа в закрытом состоянии (часто его емкостной компонентой) и Rвх. Для параллельного ключа коэффициент передачи выражается через необходимое на входе ключа сопротивление R (рис. 5.17,б) и Rвх последующей схемы, а наводка – сопротивлением открытого ключа (вместе с его индуктивной компонентой) и R.
Рассмотрим примеры схем линейного пропускания (СЛП).
На рис. 5.18 в качестве последовательного ключа использован n-канальный полевой транзистор обогащенного типа (VT1), не проводящий ток при напряжении затвора Uупр £ 0. В этом состоянии сопротивление сток-исток Rзакр > 10 ГОм и сигнал не проходит на выход. Подача на затвор напряжения +15 В приводит канал сток-исток в проводящее состояние с типичным сопротивлением Rоткр = 25…100 Ом. Схема не критична к значению уровня Uупр, поскольку он существенно более положителен, чем это необходимо для поддержания малого Rоткр, поэтому для управления можно использовать логические уровни КМОП. Заметим, что такой ключ может пропускать сигналы в обе стороны. Если надо переключать сигналы в диапазоне от –10 В до +10 В, то можно применить такую же схему, но с затвором, управляемым напряжением –15 В (Выкл) и +15 В (Вкл); подложка в этом случае должна быть подсоединена к напряжению –15 В (рис. 5.19).
Применение пары ключей (рис.5.20), один из которых соединен последовательно между источником и приемником сигнала, а второй включен между входом и землей дает очень хорошие результаты. При противофазной работе этих двух ключей получается очень малое прохождение сигнала в выключенном состоянии и хорошая линейность без существенного ослабления во включенном состоянии.
Основные усилители выдают выходные импульсы колоколообразной формы. При больших загрузках временные константы основного усилителя выбираются менее 1 микросекунды. Часто бывает необходим сигнал, который остается постоянным в течение определенного времени (например, 2 мкс). Схемы, которые формируют из импульсов произвольной формы прямоугольные сигналы равной им амплитуды и регулируемой длительности, называются расширителями импульсов. Пример такой схемы на рис. 5.21.
Запоминающий конденсатор С заряжается входным напряжением uвх через диод VD. После достижения максимума напряжения этот диод запирается и конденсатор экспоненциально разряжается через очень высокое входное сопротивление повторителя напряжения с полевым транзистором на входе. Требуемая длительность t импульса задается с помощью одновибратора, запускаемого передним фронтом дискриминатора. Критическим параметром расширителей является спад вершины сигнала (DU) из-за разряда запоминающего конденсатора. Достижима скорость спада (1…3)· 10-4 мс-1. Расширители импульсов часто комбинируются с линейными схемами пропускания. Такая комбинация позволяет осуществить задержку аналогового сигнала.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.