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1、核电子学与核仪器核电子学与核仪器覃国秀覃国秀Tel:2023/05/12第三章关键点第三章关键点n放大器在核测量系统中的作用及其结构放大器在核测量系统中的作用及其结构 作用：放大、成形作用：放大、成形 结结构构：极极性性转转换换电电路路、极极-零零相相消消电电路路、积积分分滤滤波波放大电路、基线恢复电路等放大电路、基线恢复电路等n放大器的基本参量放大器的基本参量 放放大大倍倍数数及及其其稳稳定定性性、线线性性(积积分分非非线线性性与与微微分分非非线线性性)、噪噪声声与与信信噪噪比比、过过载载特特性性(幅幅度度和和计计数数率率)、上升时间、输入输出阻抗上升时间、输入输出阻抗第三章关键点第三章关键
2、点n谱仪放大器的放大节谱仪放大器的放大节 并联负反响与串联负反响；同相输入与反相输入信并联负反响与串联负反响；同相输入与反相输入信噪比的区别噪比的区别n谱仪放大器中的滤波成形谱仪放大器中的滤波成形 滤滤波波成成形形的的作作用用(抑抑制制系系统统噪噪声声、使使信信号号形形状状满满足足后后续续分分析析设设备备的的要要求求)；白白化化滤滤波波器器与与匹匹配配滤滤波波器器；滤滤波波成成形形的的信信息息畸畸变变(弹弹道道亏亏损损、堆堆积积畸畸变变)；无无源源滤滤波波成成形形电电路路(极极-零零相相消消、积积分分滤滤波波成成形形、准准高高斯斯成成形形)；有有源源滤滤波波成成形形电电路路；基基线线恢恢复复器
3、器(CD恢恢复复电电路、路、CDD基线恢复电路基线恢复电路)；通用谱仪放大器；通用谱仪放大器第三章关键点第三章关键点n高能量分辨率高计数率谱仪放大器高能量分辨率高计数率谱仪放大器 堆积拒绝方法、线性门、模拟展宽器、逻辑展宽堆积拒绝方法、线性门、模拟展宽器、逻辑展宽器、堆积拒绝电路、死时间校正、允许最高计数器、堆积拒绝电路、死时间校正、允许最高计数率、快放大器、弱电流放大器率、快放大器、弱电流放大器本堂课主要内容本堂课主要内容n一、脉冲幅度甄别器一、脉冲幅度甄别器 1.1脉冲幅度甄别器的一般要求脉冲幅度甄别器的一般要求 1.2甄别器电路实例甄别器电路实例 1.3脉冲幅度甄别器的使用脉冲幅度甄别器
4、的使用n二、单道脉冲幅度分析器二、单道脉冲幅度分析器 2.1单道脉冲幅度分析器工作原理单道脉冲幅度分析器工作原理 2.2单道脉冲幅度分析器实例单道脉冲幅度分析器实例 2.3单道脉冲幅度分析器技术指标单道脉冲幅度分析器技术指标第四章第四章 脉冲幅度分析脉冲幅度分析 从从探探测测器器出出来来的的脉脉冲冲信信号号经经前前置置放放大大器器和和谱谱仪仪放放大大器器放放大大后后，需需要要进进一一步步处处理理，处处理理方方式式根根据据不不同同实实验验要要求求一一般般可可以以分分成成：脉脉冲冲计计数数(强强度度测测量量)；脉脉冲冲幅幅度度分分析析(能能谱谱测测量量)；脉脉冲冲信信号号时时间间分分析析(时时间间
5、测测量量)。由由此此可可知知，各各种种处处理理方方式式大大多多涉涉及及到到脉脉冲冲幅幅度度信信息息的的甄甄别别和和分分析析。所所以以核核脉脉冲冲幅幅度度的的甄甄别别和和分分析析成成为核电子学的主要研究课题。为核电子学的主要研究课题。一、脉冲幅度甄别器一、脉冲幅度甄别器 脉脉冲冲幅幅度度选选择择的的基基本本电电路路是是脉脉冲冲幅幅度度甄甄别别器器。它它有有一一个个阈阈电电压压，称称为为甄甄别别阈阈。输输入入脉脉冲冲幅幅度度大大于于给给定定的的甄甄别别阈阈时时，输输出出一一个个脉脉冲冲，输输入入脉脉冲冲幅幅度度小小于于给给定定的的甄甄别别阈阈时时则则无无脉脉冲冲输输出出。有有无无脉脉冲冲输输出输出
6、可分别用逻辑出输出可分别用逻辑“1”或逻辑或逻辑“0”表示。表示。甄别器及其工作波形 一、脉冲幅度甄别器一、脉冲幅度甄别器 如如果果改改变变阈阈电电压压VT，测测量量到到相相应应的的大大于于VT的的脉脉冲冲数数N(VT)，得得到到的的就就是是积积分分谱谱。如如果果从从阈阈电电压压VTn+1上上的的脉脉冲冲计计数数减减去去阈阈电电压压VTn上上的的计计数数就就可可得得到到阈阈电电压压上上间间隔隔V=VTn+1-VTn中中的的计计数数N。N和和VT的关系就是脉冲幅度分布曲线。的关系就是脉冲幅度分布曲线。脉冲幅度积脉冲幅度积分谱与脉冲分谱与脉冲幅度微分谱幅度微分谱 一、脉冲幅度甄别器一、脉冲幅度甄别
7、器 用用积积分分甄甄别别器器来来获获取取幅幅度度谱谱时时，需需要要将将测测量量的的数数据据进进行行相相减减计计算算。所所以以不不仅仅费费时时间间，而而且且还还会会增增大大误误差差。为为此此，要要求求设设计计直直接接测测量量幅幅度度的的微微分分甄甄别别器器，即单道脉冲幅度分析器。即单道脉冲幅度分析器。阈电压一定，幅度不同阈电压一定，幅度不同 阈电压不同，幅度相同阈电压不同，幅度相同 触发时刻不同，会给能谱测量带来什么误差？对于时间测量呢？触发时刻不同，会给能谱测量带来什么误差？对于时间测量呢？一、脉冲幅度甄别器一、脉冲幅度甄别器n1.1脉冲幅度甄别器的一般要求脉冲幅度甄别器的一般要求 脉脉冲冲幅
8、幅度度甄甄别别器器是是将将输输入入模模拟拟脉脉冲冲换换算算成成逻逻辑辑脉脉冲冲输输出出的的一一种种装装置置。理理想想的的脉脉冲冲幅幅度度甄甄别别器器应应该该具具有有以以下下功功能能：当当一一个个输输入入脉脉冲冲幅幅度度超超过过一一定定电电压压时时，则则输输出出一一个个数数字字脉脉冲冲，而而与与输输入入脉脉冲冲的的幅幅度度、上上升升时时间间、宽宽度度等等参参数数无无关关，假假设设输输入入脉脉冲冲的幅度低于给定的阈电压则无脉冲输出。的幅度低于给定的阈电压则无脉冲输出。一一个个理理想想的的甄甄别别器器应应该该有有快快速速响响应应性性能能，它它能能处处理理两两个个时时间间间间隔隔十十分分相相近近的的脉
9、脉冲冲，这这种种时时间间间间隔隔的最小值称为脉冲幅度甄别器的死时间。的最小值称为脉冲幅度甄别器的死时间。一、脉冲幅度甄别器一、脉冲幅度甄别器n1.1脉冲幅度甄别器的一般要求脉冲幅度甄别器的一般要求 甄甄别别器器的的定定时时时时刻刻应应该该尽尽量量接接近近输输入入脉脉冲冲前前沿沿的的过过阈阈点点。甄甄别别器器输输出出脉脉冲冲除除了了它它的的起起始始时时刻刻外外，它它的的幅幅度度和和宽宽度度应应该该是是标标准准的的，与与输输入入脉脉冲冲的的参参数数无无关关。此此外外理理想想甄甄别别器器应应该该有有足足够够高高的的触触发发灵灵敏敏度度，甄甄别别阈阈有有足足够够大大的的动动态态范范围围。甄甄别别阈阈足
10、足够够稳稳定定，不不随随温温度度、电电源电压、输入脉冲形状和宽度而变化。源电压、输入脉冲形状和宽度而变化。对对于于一一个个实实际际甄甄别别器器不不可可能能全全部部满满足足上上述述要要求求。一一般般根根据据不不同同的的测测量量对对象象，侧侧重重于于某某些些方面的要求。方面的要求。一、脉冲幅度甄别器一、脉冲幅度甄别器n1.1脉冲幅度甄别器的一般要求脉冲幅度甄别器的一般要求 实实际际甄甄别别器器根根据据其其速速度度不不同同分分为为中中(低低)速速甄甄别别器器和和高速甄别器两类。高速甄别器两类。脉冲幅度甄别器主要的技术指标为：脉冲幅度甄别器主要的技术指标为：（1）输入灵敏度）输入灵敏度 甄甄别别器器的
11、的输输入入灵灵敏敏度度指指甄甄别别器器能能输输出出脉脉冲冲的的最最小小输输入入脉冲幅度。一般为几十毫伏。脉冲幅度。一般为几十毫伏。（2）甄别阈范围）甄别阈范围 一一般般甄甄别别器器的的甄甄别别阈阈范范围围为为几几十十毫毫伏伏到到几几伏伏，最最大大阈阈电压与最小阈电压之比称为甄别器的动态范围。电压与最小阈电压之比称为甄别器的动态范围。一、脉冲幅度甄别器一、脉冲幅度甄别器 （3）甄别阈稳定性）甄别阈稳定性 甄甄别别阈阈稳稳定定性性通通常常包包括括三三个个方方面面：温温度度变变化化稳稳定定性性，市电变化稳定性和长时间漂移稳定性。市电变化稳定性和长时间漂移稳定性。（4）甄别阈线性）甄别阈线性 一般为一
12、般为1%-0.1%。（5）甄别阈涨落或阈模糊区）甄别阈涨落或阈模糊区 这这一一指指标标决决定定甄甄别别器器的的甄甄别别精精度度，通通常常其其大大小小为为0.几几毫伏到几毫伏。毫伏到几毫伏。（6）甄别器速度）甄别器速度 它表示甄别器响应和恢复速度的快慢。它表示甄别器响应和恢复速度的快慢。（7）输出脉冲的幅度、宽度）输出脉冲的幅度、宽度一、脉冲幅度甄别器一、脉冲幅度甄别器n1.2脉冲甄别器电路实例脉冲甄别器电路实例 甄甄别别器器电电路路类类型型很很多多，常常用用的的甄甄别别器器电电路路有有二二极极管管甄甄别别器器、射射极极耦耦合合触触发发器器(施施密密特特电电路路)、交交流流射射极极耦耦合合触触发
13、发器器、集集成成电电压压比比较较器器和和隧隧道道二二极极管管甄甄别器。别器。只只有有在在要要求求不不高高时时才才用用二二极极管管甄甄别别器器。隧隧道道二二极极管管具具有有极极高高的的速速度度，所所以以用用来来构构成成快快甄甄别别器器。集集成成电电压压比比较较甄甄别别器器具具有有电电路路简简单单、调调整整方方便便、稳稳定性好、灵敏度高、速度快等特点。定性好、灵敏度高、速度快等特点。一、脉冲幅度甄别器一、脉冲幅度甄别器n1.2脉冲甄别器电路实例脉冲甄别器电路实例中速集成电路甄别器中速集成电路甄别器 一、脉冲幅度甄别器一、脉冲幅度甄别器n1.2脉冲甄别器电路实例脉冲甄别器电路实例快快速速集集成成电电
14、路路甄甄别别器器一、脉冲幅度甄别器一、脉冲幅度甄别器n1.2脉冲甄别器电路实例脉冲甄别器电路实例隧道二极管甄别单元隧道二极管甄别单元 一、脉冲幅度甄别器一、脉冲幅度甄别器n1.3脉冲幅度甄别器的使用脉冲幅度甄别器的使用(半计数法半计数法)脉脉冲冲幅幅度度甄甄别别器器可可用用来来测测量量脉脉冲冲幅幅度度或或标标定定脉脉冲冲幅幅度度。这这时时，所所测测脉脉冲冲幅幅度度是是一一定定的的。改改变变甄甄别别器器的的甄别阈则可得到不同幅度的脉冲。甄别阈则可得到不同幅度的脉冲。半计数法计算输入脉冲幅度半计数法计算输入脉冲幅度 二、单道脉冲幅度分析器二、单道脉冲幅度分析器n2.1单道脉冲幅度分析器工作原理单道
15、脉冲幅度分析器工作原理简称：（单道）简称：（单道）（Single Channel Analyzer）（）（SCA）功能及用途功能及用途H=VU-VLUVLVov1v用途：限定信用途：限定信号的幅度范围。号的幅度范围。二、单道脉冲幅度分析器二、单道脉冲幅度分析器n2.1单道脉冲幅度分析器工作原理单道脉冲幅度分析器工作原理几个概念几个概念1）上阈：）上阈：VU 下阈：下阈：VL2）道宽与阈）道宽与阈道宽：上下阈之差道宽：上下阈之差 VW=VU-VL怎样用单道脉冲幅度分析器来获得微分谱？怎样用单道脉冲幅度分析器来获得微分谱？二、单道脉冲幅度分析器二、单道脉冲幅度分析器n2.1单道脉冲幅度分析器工作原
16、理单道脉冲幅度分析器工作原理电路的基本工作原理：电路的基本工作原理：LVv1ovG2G1VUVL上甄别器上甄别器下甄别器下甄别器VUVLVWvvH=VU-VLUVLVo1二、单道脉冲幅度分析器二、单道脉冲幅度分析器n2.1单道脉冲幅度分析器工作原理单道脉冲幅度分析器工作原理存在问题：存在问题：v1vUvLvOv1vUvL二、单道脉冲幅度分析器二、单道脉冲幅度分析器n2.1单道脉冲幅度分析器工作原理单道脉冲幅度分析器工作原理改造后的电路框图：改造后的电路框图：v1VUVL上甄别器上甄别器下甄别器下甄别器VU VLVW展宽延迟 vLvO二、单道脉冲幅度分析器二、单道脉冲幅度分析器n2.2单道脉冲幅
17、度分析器实例单道脉冲幅度分析器实例二、单道脉冲幅度分析器二、单道脉冲幅度分析器n2.2单道脉冲幅度分析器实例单道脉冲幅度分析器实例二、单道脉冲幅度分析器二、单道脉冲幅度分析器n2.2单道脉冲幅度分析器实例单道脉冲幅度分析器实例稳压电源：稳压电源：二、单道脉冲幅度分析器二、单道脉冲幅度分析器n2.2单道脉冲幅度分析器实例单道脉冲幅度分析器实例参考电压参考电压运算器：运算器：上、下甄别器：上、下甄别器：二、单道脉冲幅度分析器二、单道脉冲幅度分析器n2.2单道脉冲幅度分析器实例单道脉冲幅度分析器实例符合与反符合及输出电路：符合与反符合及输出电路：二、单道脉冲幅度分析器二、单道脉冲幅度分析器n2.3单
18、道脉冲幅度分析器技术指标单道脉冲幅度分析器技术指标 单道脉冲幅度分析器的技术指标类似于脉冲幅度甄单道脉冲幅度分析器的技术指标类似于脉冲幅度甄别器。别器。（1）动态范围）动态范围 阈值范围：阈值范围：0.1V到到10V 道宽范围：道宽范围：0V到到5V(非对称状态非对称状态)；0到到10V(对称状态对称状态)（2）线性）线性 阈值线性；道宽线性阈值线性；道宽线性 （3）8小时稳定性小时稳定性 阈值漂移：小于阈值漂移：小于10mV；道宽漂移：小于；道宽漂移：小于10mV二、单道脉冲幅度分析器二、单道脉冲幅度分析器n2.3单道脉冲幅度分析器技术指标单道脉冲幅度分析器技术指标 （4）温度系数）温度系数 阈值变化：小于阈值变化：小于1.5mV/；道宽变化：小于；道宽变化：小于1.5mV/（5）双脉冲分辨时间）双脉冲分辨时间 小于小于0.5s （6）最高计数率）最高计数率 不小于不小于1MHz （7）输入脉冲与输出脉冲要求）输入脉冲与输出脉冲要求总结演讲完毕，谢谢观看！