04第四章 脉冲幅度分析.ppt

SNST, LANZHOU UNIVERSITY,1,第四章 脉冲幅度分析,核数据及分析 脉冲计数 脉冲幅度分析√ 脉冲信号时间分析 脉冲波形甄别,§1 脉冲幅度甄别器 §2 单道脉冲幅度分析器 §3 模数变换器 (ADC),SNST, LANZHOU UNIVERSITY,2,§1 脉冲幅度甄别器,脉冲幅度甄别器(discriminator)的基本功能： 脉冲幅度甄别器是将幅度超过(或低于)某一设定电平的输入脉冲转换成幅度和宽度符合一定标准的脉冲输出，剔除此电平以下(或以上)的任何输入信号用途: 剔除噪声的干扰； 进行幅度选择； 脉冲幅度精密测量； 能谱测量（单道分析器）； 定时（前沿定时）一、概述,SNST, LANZHOU UNIVERSITY,3,图4-1(a) 为甄别器符号表示，Vi为输入信号；Vo为输出信号图4-1(b)和图4-1(c）分别为输入和输出信号波形脉冲信号① ③的幅度低于VT，甄别器没有输出; 脉冲信号信号② ④的幅度高于VT，二者均在电路设定的电平之上,则甄别器在输出端产生幅度为Eo，宽度为T的信号输出VT为甄别器的甄别阈SNST, LANZHOU UNIVERSITY,4,积分谱: N(VT),微分谱: ΔN(Tm)=N(VTm+1)-N(VTm),SNST, LANZHOU UNIVERSITY,5,SNST, LANZHOU UNIVERSITY,6,快速响应性能; 固定的和短的死时间; 高的触发灵敏度; 甄别阈足够稳定;,二、核测量中对脉冲幅度甄别器的要求,SNST, LANZHOU UNIVERSITY,7,脉冲幅度甄别器的技术指标:,(1)输入灵敏度: 几十毫伏左右; (2)甄别阈范围: 阈值动范围大(10mV-10V); (3)甄别阈阈值稳定性: 长时间(8h)内0.1-2mV/OC; (4)甄别阈阈值线性: 1%~0.1%; (5)甄别阈阈值涨落: 范围小,零点几毫伏到几毫伏; (6)甄别阈响应速度要快: 可用于定时（ns量级),死时间小。

可适应高计数率工作; (7)输出信号的幅度和宽度恒定: 与输入信号等因素无关，适合后续测量设备如定标器，计数率计的需要SNST, LANZHOU UNIVERSITY,8,三、脉冲幅度甄别器电路实例,类 型 二极管甄别器； 射极耦合触发器； 交流射极耦合触发器； 集成电压比较器； 隧道二极管甄别器脉冲幅度甄别器就是电压比较器！,SNST, LANZHOU UNIVERSITY,9,1. 单限电压比较器,特点：运放处于开环状态当ui > UR时 , uo = +Uom 当ui < UR时 , uo = -Uom,一、若ui从同相端输入,SNST, LANZHOU UNIVERSITY,10,UR,当ui UR时 , uo = -Uom,二、 若ui从反相端输入,SNST, LANZHOU UNIVERSITY,11,2. 过零电压比较器: （UR =0时）,SNST, LANZHOU UNIVERSITY,12,例：利用电压比较器将正弦波变为方波SNST, LANZHOU UNIVERSITY,13,电路改进：用稳压管稳定输出电压SNST, LANZHOU UNIVERSITY,14,比较器的特点,1. 电路简单。

2. 当Ao不够大时， 输出边沿不陡3. 容易引入干扰SNST, LANZHOU UNIVERSITY,15,一、下行迟滞比较器,分析,1. 因为有正反馈，所以输出饱和2. 当uo正饱和时(uo =+UOM) ：,U+,3. 当uo负饱和时(uo =–UOM) ：,3. 迟滞电压比较器,特点：电路中使用正反馈， 运放处于非线性状态1. 没加参考电压的下行迟滞比较器,,又名：施密特触发器,SNST, LANZHOU UNIVERSITY,16,分别称UH和UL上下门限电压称(UH - UL)为回差当ui 增加到UH时，输出由Uom跳变到-Uom；,当ui 减小到UL时，输出由-Uom跳变到Uom 传输特性：,小于回差的干扰不会引起跳转跳转时，正反馈加速跳转SNST, LANZHOU UNIVERSITY,17,,,,例：下行迟滞比较器的输入为正弦波时，画出输出的波形SNST, LANZHOU UNIVERSITY,18,2. 加上参考电压后的下行迟滞比较器,加上参考电压后的上下限：,SNST, LANZHOU UNIVERSITY,19,下行迟滞比较器两种电路传输特性的比较:,SNST, LANZHOU UNIVERSITY,20,例：R1=10k，R2=20k  ，UOM=12V， UR=9V当输入 ui 为如图所示的波形时，画出输出uo的波形。

SNST, LANZHOU UNIVERSITY,21,首先计算上下门限电压：,SNST, LANZHOU UNIVERSITY,22,根据传输特性画输出波形图SNST, LANZHOU UNIVERSITY,23,u+=0 时翻转，可以求出上下门限电压二、上行迟滞比较器,,,当u+> u- =0 时, uo= +UOM 当u+< u- =0时, uo= -UOM,1. 没加参考电压的上行迟滞比较器,SNST, LANZHOU UNIVERSITY,24,上下门限电压：,SNST, LANZHOU UNIVERSITY,25,上下门限电压：,当uo= +UOM时：,当uo= -UOM时：,2. 加上参考电压后的上行迟滞比较器,SNST, LANZHOU UNIVERSITY,26,传输特性：,SNST, LANZHOU UNIVERSITY,27,迟滞比较器电路改进：为了稳定输出电压，可以在输出端加上双向稳压管思考题：如何计算上下限？,SNST, LANZHOU UNIVERSITY,28,积分甄别器电路实例 FH1003A单道分析器中甄别电路单元其电路图见图 J631C为一个电压比较器， R9,R10和C4构成交流反馈，形成构成交流耦合施密特电路。

2DW7提供7V稳定电压 W2用来调节阈值 W1调节保证电路工作在施密特触发器状态, 使VB

隧道二极管还具有小功耗和低噪声等特点隧道二极管可用于微波混频、检波（这时应适当减轻掺杂，制成反向二极管），低噪声放大、振荡等由于功耗小，所以适用于卫星微波设备还可用于超高速开关逻辑电路、触发器和存储电路等EC,EV,Eg,,P型区,N型区,,,耗尽区,EFP,EFN,EC,EV,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,SNST, LANZHOU UNIVERSITY,33,产生隧道电流的条件： （1）费米能级位于导带或价带的内部； （2）空间电荷层的宽度很窄，因而有高的隧道穿透几率； （3）在相同的能量水平上在一侧的能带中有电子而在另一侧的能带中有空的状态当结的两边均为重掺杂，从而成为简并半导体时，（1）、（2）条件满足外加偏压可使条件（3）满足SNST, LANZHOU UNIVERSITY,34,若掺杂密度稍予减少，使正向隧道电流可予忽略，电流−电压曲线则将被改变成示于图2-13b中的情形这称为反向二极管SNST, LANZHOU UNIVERSITY,36,负阻区特性：,SNST, LANZHOU UNIVERSITY,37,ITD=I1+I2,IH=IC-IB,I’H=ID-IB,SNST, LANZHOU UNIVERSITY,38,最大计数率：150MHz； 双脉冲分辨时间： <7ns;甄别阈：-30mV~-600mV; 输出脉冲边沿：2ns； 输出脉冲宽度：3~800ns 稳定性：0.3%/C。

SNST, LANZHOU UNIVERSITY,39,三、脉冲幅度甄别器的使用——半计数法,SNST, LANZHOU UNIVERSITY,40,全计数点阈值,半计数点阈值,无计数点阈值,半计数法的依据：脉冲幅度分布符合高斯分布SNST, LANZHOU UNIVERSITY,41,上阈值 VTH ，VU,道中心VTC，VC,下阈值 VTL，VL,工作原理与基本结构,§2 单道脉冲幅度甄别器,,道宽VW,SNST, LANZHOU UNIVERSITY,42,反符合电路逻辑真值表,反符合电路逻辑关系式:,反符合电路逻辑,SNST, LANZHOU UNIVERSITY,43,1. 基本结构,(1)若输入信号Vi(t)的幅度ViVTH时，A=1，B‘=/B=0，Vo=0，也无信号输出 由上分析可见，只有当输入幅度落在VTL和VTH之间的信号输入才产生输出信号图（4-1-14）为各点波形图SNST, LANZHOU UNIVERSITY,44,图3-2,SNST, LANZHOU UNIVERSITY,45,2.时间移动带来的问题,上面讨论的原理适合于输入信号为矩形脉冲的情况，而实际信号是具有一定上升和下降时间的非矩形脉冲，这时在Vi超过VTH时会产生误输出。

图为一个幅度大于VTH的三角形脉冲输出时图（4-1-13）电路的各点波形，从图中可以看到，上、下甄别器输出信号在时间上有移动，在t1至t2和t3到t4期间，上甄别器输出信号不能覆盖住下甄别器输出，因而造成误输出SNST, LANZHOU UNIVERSITY,46,SNST, LANZHOU UNIVERSITY,48,当VU>vi>VL时，上甄别器无输出，为高电平“1”；下甄别器有输出正脉冲 当vi>VU时，上甄别器有输出负脉冲；下甄别器有输出正脉冲 当vi30nS, 0.1mS < tW < 100mS 输出信号 正极性，幅度6V, tW = 0.3mS, tr = 50nS,。