Ядерная электроника - Цитович А.П.
Скачать (прямая ссылка):
Для линейного разряда емкости памяти обычно применяют схемы со стабилизатором тока. На рис. 5.15,а стабилизатор тока выполнен на транзисторе Т. Постоянное значение разрядного тока в такой схеме обеспечивает отрицательная обратная связь, которая создается резистором, включенным в цепь эмиттера. Разрядный ток зависит от напряжения источников E и Ef и сопротивления Яэ
Ip = а(Е E')/R3. (5.3)
Выбором сопротивления R3 обычно изменяют время преобразования. Нелинейность преобразования схемы с транзисторным стабилизатором тока примерно равна 1/(3, т. е. не лучше 1—2 %, и может быть значительно уменьшена (до 1/|32) применением схем составных транзисторов.
Высокую стабильность разрядного тока обеспечивает схема источника тока на полевом транзисторе, управляемом операционным усилителем и с глубокой отрицательной обратной связью (рис. 5.15,6). В схеме преобразователя такой источник подключают к емкости памяти непосредственно или через ключ, коммутирующий разрядную цепь на время преобразования A-^t.
Идеальный амплитудно-временной преобразователь должен обладать строго линейной зависимостью между амплитудой сигнала и получаемым интервалом. На практике из-за реальных характеристик отдельных элементов наблюдается нелинейность преобразования, которая проявляется в виде монотонной неоднородности ширины каналов амплитудного анализатора. Причиной такой не-
274
линейности могут быть зарядные цепи. В схёме преобразователя, приведенной на рис. 5.15,а, емкость памяти Cn заряжается через диод, на который сигнал поступает от эмиттерного повторителя. Диод обеспечивает заряд емкости, пока напряжение на входе превышает напряжение на емкости, и ее изоляцию после достижения импульсом амплитудного значения. Эмиттерный повторитель имеет малое выходное сопротивление ЯВых, поэтому постоянная времени заряда
^зар Cu (^?вых “Ь *д),
(5.4)
где Яд — динамическое сопротивление диода, невелика. Это важно, когда импульсы имеют малое время нарастания tn. Чтобы емкость памяти зарядилась до амплитудного значения, необходимо, чтобы постоянная времени заряда была много меньше времени нарастания /и, Т. Є. Тзар<С!^н*
Однако это условие в схеме преобразователя A-^t) редко выполнимо с большим запасом. Объясняется это тем, что трудно сделать малой Тзар, так как значение емкости памяти Cu определяется схемой линейного разряда и паразитными утечками и обычно бывает большим. В то же время постоянная заряда тзар не является постоянной величиной [см. формулу (5.4)], зависит от динамического сопротивления диода /?д, которое определяется приложенным к диоду напряжением, и приводит к тому, что емкость заряжается нелинейно.
Вносимые зарядной схемой погрешности могут быть исследованы аналитически.
Учитывая, что выходное сопротивление эмиттерного повторителя Явых.о.п значительно меньше динамического сопротивления диода Rjly представим зарядное устройство в виде эквивалентной vxcMbi (рис. 5.16,а). В этой схеме внутреннее сопротивление генератора равно нулю. Характеристика диода Д в области малых токов описывается выражением
/д = I0 ехр (eUa K/pkT) —I0,
где I0 — начальный ток диода; е — заряд электрона; U8l.к — напряжение между анодом и катодом диода; р — постоянная для области малых токов, равная 1—2; к—постоянная Больцмана; T—абсолютная температура. Обозначая kT
Eo — P---- и учитывая, что согласно эквивалентной схеме, приведенной на
е
рис. 5.16,а, напряжение на диоде равно ?/а.к = альное уравнение схемы
¦Uвх—Uс, запишем дифференци-
Uai
-H-
А.
Вход
Усилитель
ф %
а)
-й-
A
1
Cn
Выход
К схеме разряда
Рис. 5.16. Эквивалентные схемы: простого зарядного устройства (а) и зарядного устройства со следящей схемой (б)
275
r dUc f (UBX Uc) I
С— =Z0 exp^-------------------J-Z0- (5.5)
dt
Решение этого уравнения для частного случая поступления на вход схемы прямоугольных импульсов с амплитудой Ubx И длительностью ^имп позволяет получить зависимость, характеризующую относительную величину напряжения на входе и на емкости памяти:
Л/вх 1
---— — 1 ----------------------------— . (5.6)
dUc [exp (А/имп/С^о) 1] exp (UBX/E0)
Правая часть последнего уравнения показывает относительное изменение ширины каналов для входных импульсов разных амплитуд. Отсюда видно, что ширина каналов монотонно уменьшается с увеличением амплитуды входных импульсов. Для работы удобны импульсы больших амплитуд; в этом случае рассмотренная нелинейность заметна только в первых каналах анализатора.
Для уменьшения нелинейности заряда емкости памяти часто применяют специальные следящие схемы. В таких схемах напряжение на конденсаторе памяти сравнивают с напряжением на входе. Разностный сигнал усиливается и используется для дозаряда
емкости памяти. Обычно эти операции выполняют с помощью диф-
ференциального усилителя (см. разд. 5.4.2).
Зарядное устройство со следящей схемой можно представить в виде эквивалентной схемы (рис. 5.16,6), в которой усилитель имеет коэффициент усиления К. Нетрудно увидеть, что в данном случае падение напряжения на диоде Д равно
