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实验四 单道脉冲幅度分析器

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实验四 单道脉冲幅度分析器

一、实验目的
1、熟悉单道脉冲幅度分析器的工作原理
2、掌握单道脉冲幅度分析器的甄别阈及道宽线的测量方法
3、了解测量单道分析器分辨时间的方法。
二、实验仪器与装置：
1、NIM机箱和电源一套
2、BH1219型单道脉冲分析器一台
3、TDS1210型示波器一台
4、BH1220定标器插件一个
5、FH-442型滑移精密幅度脉冲发生器一台
6、MFS-70A型双脉冲信号发生器一台
7、EDM—82B型数字万用表一个
三、预习要求
1、参考核电子学,掌握单道脉冲幅度分析器的工作原理.
1、对照FH—1008A单道脉冲分析器熟悉仪器结构。
四、电路原理
单道脉冲幅度分析器要求只有输入脉冲幅度落入给定的电压(阈电平）范围（VU—VL)之内时,才输出逻辑脉冲。而输入脉冲幅度小于VL或大于VU时皆无输出脉冲。
单道脉冲幅度分析器组成框图如图4-1，共由6部分组示。电路原理图如图4-2。其中电压比较器用LM710，响应速度快（40ns）,放大倍数高(1000V/V）.

参考电
压运算

衰
减

基线
恢复

输入
电压比较器

反
符
合
逻
辑
输出
跟随器
恢复

输出

图4—1 单道脉冲幅度分析器原理框图

（1） 输入衰减及双向输入
由于比较器的最大输入电压范围为±5V,而一般放大器的满量程输出电压为10V。为了达到满量程10V的分析范围，在单道中引入了一个二比一衰减器,它由LM318型双端输入的差值单运算放大器构成.正的输入信号由电阻R32、R33分压,LM318的3脚和2脚为Vi/3，6脚输出为(Vi/3)/10＊15=Vi/2;负的输入信号经R34输入到LM318的反向端，LM318的3脚和2脚为虚地，电压为0，输出信号为-Vi/2。
（2) 基线恢复器
作用是保证单道分析器能在高计数率输入信号下，不因基线偏移而产生明显的谱线移动。它由T3和T4和T1和T2组成,T3，T4是一个发射极公用一个电阻R39的电流源，T1，T2组成互补晶体管的怀特射极输出器，具有很高的输入阻抗,很低的输出阻抗和良好的线性,整个电路构成很深的直流负反馈，因此静态工作点很稳定.静态时，T3导通电流约为247μA，T4，T1，T2的导通电流分别为100μA 、100μA、400μA。当正向信号经C28加至T1基极时，引起T2发射极电位降低,这使T4导通电流增加而把T3截止,因此,C28通过射极输出器极高的输入阻抗充电,正向输入信号结束时,C22开始放电，而T1基极电位下降至静态值稍下,使T2发射极电位高于其静态电位，T4导通电流减小，T3又重新导通。T3的集电极电流使C22很快放电，T1基极电位迅速恢复其静态值，因而，T1发射极电位随即恢复至基线.该基线恢复器输入阻抗高，传输系数十分接近于1，工作稳定，线性好。
(3） 参考电压运算器
LM710电压比较器的参考电压,由两个参考电压运算放大器（LM3140）提供。由两个串联的2DW7C稳压管并经十圈电位器W2提供阈值电压U, W4提供道宽电压ΔU。U和ΔU加至加法器和减法器的输入端,在加法器和减法器的输出端即可分别获得上甄别和下甄别器的阈电压，开关K2可实现道宽的对称或非对称调节.设阈值电位器W2中心抽头对地电压设为U，调道宽电位器W4中心抽头对地电压设为ΔU,由运算放大器原理，加法器A1输出电压U1=。因U和ΔU本身为负值，所以U1对地电压实际为正。U1作为上甄别器的阈电压。
在道宽非对称性调节的情况下,减法器A2是一个有1/2衰减的倒相器，其输出电压U2=,U2作为下甄别器的阈电压。道宽为U1—U2=.
在道宽对称调节的情况下,减法器的倒相输入端加有电压U，而其同相输入端加入电压ΔU，这时减法器A2的输出电压U2=。此时道宽为

而在调节道宽时,U1和U2的变化，大小相等，方向相反，于是保持了道中心始终为.
下阈十圈电位器和道宽十圈电位器调节1圈,对应电压调节为0。5V.由于输入信号也通过输入衰减器也衰减了1/2，所以十圈电位器调节到1圈时,阈值电压U1和道宽电压对应为为0.5V，等效于对输入电压的阈值和道宽电压为1V。
（4) 甄别器（电压比较器）
上、下甄别器均采用集成比较器LM710， 加外部元件接成交流耦合施密特电路。当输入脉冲幅度与阈电压相等时,输出电平产生跳变,跟随触发器的回差（电压)由输出分压器决定，电路回差约为50mV，输出为负脉冲。

(5) 反符合门电路
反符合门电路由双单稳态A5(74LS123）和4双输入与非门A6(74LS37)构成。其中A6的两个与非门C、D构成的RS触发器。
静态时，成形电路的A5-13端输出为低电平，A5—12端输出为高电平，RS触发器的A6-8端输出为高电平，A6—6输出为高电平，A6-3输出为低电平。

上阈（始终为高）

下阈

A5—13

A5-12

A6—8（始终为高）

A6-3
A6—3= A5-13 与A6—8

图4-3 输入信号在高于下阈、低于上阈的反符合电路各级
上阈
下阈
A5-13
A5-12
A6-8
A6-3= A5-13 与A6-8
（始终为低）

图4-4 输入信号在高于上阈的反符合电路各级
当下甄别器被触发而上甄别器未被触发时，A4—9产生的负脉冲的上升沿将A5-2触发而使A5-13端输出为正脉冲，该正脉冲同时加到RS触发器的A6—5端和单稳态触发器的A5—9端。在A5-9端输入正脉冲的下降沿时单稳态触发器被触发而在A5—12端输出负脉冲。因此RS触发器的A6—8端输出为正脉冲，这样A5-13端输出的正脉冲和A6-8端输出的正脉冲经过两级与非门B、A后，A6—3输出为正脉冲，即最后产生一正的输出脉冲。各级波形如图4-3。
当上、下甄别器均被触发时，上甄别器产生负脉冲的下降沿使RS触发器置位,A6—8端输出负脉冲，随后上甄别器产生负脉冲的上升沿到来时，RS触发器不发生翻转仍然保持负脉冲。最后当下甄别器产生负脉冲的上升沿到来时，单稳态触发器的A5—13端输出正脉冲,在该正脉冲下降沿时刻，A5-12端输出负脉冲，同时RS触发器的A6—8端跳变为正脉冲。A6-8端的正脉冲与A5-13端正脉冲结束后的负脉冲经过两级与非门B、A后，A6-3端输出为负脉冲，即最后没有输出信号，这样就实现了当上、下甄别器均被触发时无输出信号，最终达到反符合的目的。各级波形图4-4.

五、实验内容及步骤
1、单道分析器静态工作点的测量
置单道分析器于“微分”“非对称”位置，阈值U=2V，道宽ΔU=1。0V，用数字万用表测量A1～A7、T1~T4各级的静态工作点并记入下表：
测量点
A1—6
A2—6
A3-9
A4—9
A5-13
A5—12
A6—8
A6—3
A7—6
测量值（V）

测量点
T1b
T1e
T1c
T2e
T3b
T3e
T4b
测量值（V）

2、观察单道分析器的各级波形
单道分析器的状态同上，由双脉冲发生器输出f=10kHZ，tu=2μs的正极性脉冲至单道输入端,其幅度分别为2.3V和3V。用示波器观察两种输入幅度下A3—9，A4-9，A5—13，A5—12,A6—8，A6—3，A7—6和输出端的波形，测量其幅度及宽度并记录下来。
由工作点和波形的观测，了解单道分析器的工作原理，判断单道分析器的工作过程是否正常。
3、测量甄别阈值的积分非线性。
置单道分析器于“积分”，“非对称”位置，调节单道阈值十圈电位器刻度值Uy（一圈对应1V)如下表所示。由精密脉冲发生器输出f=10kHZ，tu=1μs,tr=0。05μs的正极性脉冲，用示波器监测单道的输出。改变发生器的输出脉冲幅度，逐点测出单道刚有输出（即临界触发）时的输入脉冲幅度Usr。对所测得的阈值的标称值（即单道阈值十圈电位器的刻度值Uy）和实际值（即Usr）。由测量出的实际值作直线拟合，积分非线性为计算出的实际值减直线拟合值除以最大值当中的最大者。即用下式计算每个测量点,其最大者为积分非线性。

Uy（V）
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Usr（V）

直线拟合值Uz

4、测量道宽的微分非线性
置单道于“微分”,“非对称”位置,阈值Uy=2V,道宽的值从小到大改变。输入信号源仍用滑移一精密幅度脉冲发生器，由示波器监测单道的输出。选择不同的道宽标称植，测出单道处于上道临界触发时的输入脉冲幅度和处于下道临界触发时的输入脉冲幅度，其差值△Usr=－即为道宽的实际值.由此可算出道宽的微分非线性，将测量数据填入下表。
UK(V）
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
△Usr（V)

由于十圈电位器的刻度值有系统误差,Uk标称值不准确，可用测量值△Usr的平均值除以Uy平均值的比值f对刻度值进行修正，即Uk标称值乘系数f后再计算微分非线性。
5、测量道宽标称值不变时,实际道宽值随甄别阈的变化。
道宽的测量除上述方法外,还可以用滑移脉冲计数的方法，能得到更精确的结果，下面对这种方法作一简单介绍，当滑移一精幅度脉冲发生器工作在滑移方式时，输出的是幅度呈周期性线性变化的系列脉冲.系列脉冲的幅度由0V线性增大到某个值Um,再线性地减小到0，时间T称为滑移脉冲的周期。
若滑移脉冲的频率为f，最大幅度为Um，则在单位时间,单位幅度的脉冲数（即脉冲分布密度）等于f/Um。在这个滑移周期T内，幅度为Uy→Uy+ UK的脉冲数显然应为

即N与幅度间隔UK成正比，当f，T，Um一定，其比例系数就确定了。因此，当我们用单道分析器对滑移脉冲幅度进行分析，阈值选为Uy,道宽选为Uk，并用定标器对单道的输出进行计数，那么在一个滑移周期T的时间内得到的计数值N与道宽Vk的关系应满足上面公式,因而可以由已知的f,T,Um和测得的N来确定道宽值Uk。举例来说，若f=1KHz,T=100s，Um=10V，Uk=1V,则定标器测得的计数值应为

相反，若测得的计数值为15210，则可知单道分析器的道宽应为

本实验内容中测定实际道宽值就基于这种方法。
滑移脉冲发生器的滑移周期用仃表测出。最大幅度Um=10V,频率f=10KHz,tu=1μs，tr=0。05μs.单道分析器的道宽固定为Uk=2V，改变甄别阈值如下表所示。用定标器测出一个滑移周期内的计数N并算出道宽的实际值，填入下表。

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
N

6、测量单道的分辩时间
单道分析置“积分"方式,=5V。双脉冲发生器输出正极性双脉冲,频率f=1KHz，宽度，双脉冲的延长时间由大到小逐渐减小。改变发生器输出脉冲幅度，由示波器监测单道输出,测出在不同延迟时间下单道能正确分析双脉冲时所需的输入脉冲幅度，并记入下表.

100
10
1
0。8
0.6
0。5
0.4
0。3

将单道的输出接到定标器输入端，N为定标器10秒的计数

0.40
0.35
0.30
0。28
0.26
0.24
0。22
0.20
0.18
N=（s=10秒)

由此项测量可知，随着双脉冲间隔的减小，单道能正确分析双脉冲所需的超阀电压值也增大，而且当间隔减小到一定值后,再增大超阀电压值也不能出现第二个脉冲.如果对超阀电压值不作限制，则以始终不能出现第二个脉冲时的脉冲间隔作为单道分析器的分辩时间。试确定本单道的分辨时间是多少。
＊7、测量单道分析器的最高工作频率
置单道分析器于“积分”方式，阀值.由脉冲发生器输出正极性单脉搏冲，宽度，频率由低到高逐渐增加。调节发生器输出脉冲幅度，由示波器监测单道的输出，测出在不同频率下使单道临界触发所需要的输入脉冲幅度，并记入下表
f（KHz）
1
10
100
300
500
700
800
900
1000

由此项测量可知，随着输入信号频率的增加,使单道能正常工作所需的超阀电压值也增大。若规定了所允许的超阀电压值，则可确定单道的最高工作频率。
*8、阀值和道宽的稳定性的测量
阀值和道宽的稳定性包括温度稳定性和时间稳定性。
温度稳定性通常用温度系数来表示，即当单道工作的环境温度变化1℃引起的甄别阀值或道宽值的变化，以mv/℃作单位，测量时，先测出在常温下）也可选择另外的温度值）的阀值或道宽，再改变单道的环境温度（注意不能超出单道正常工作的温度范围），汕出阀值和道宽的变化，就可算出其温度系数。
在测量时间稳定性时,待单道预热达到热稳定后,测出其阀值或道宽，然后每隔一小时重复测一次,直至8小时为止，就可算出值或道宽的稳定性，以mv/h或mv/8h为单位表示。
六、思考题
1、从单道分析器各级波形的测量,如何判断单道的工作是否正常?
2、图4—1中，若阈值电压，求非对称和对称时的上阀电平、下阀电平、道宽和道中心值。
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