Ядерная электроника - Цитович А.П.
Скачать (прямая ссылка):
§ 2.2. УКОРАЧИВАНИЕ СИГНАЛОВ
2.2.1. РАСПРЕДЕЛЕНИЕ СИГНАЛОВ ВО ВРЕМЕНИ
Сигналы, снимаемые с нагрузок детекторов излучений, имеют сравнительно малое время нарастания и продолжительный спад. Детекторы излучений могут зарегистрировать новую частицу или квант значительно раньше, чем разность потенциалов на входной схеме достигнет исходного значения. Поэтому при больших загрузках во входной цепи детектора наблюдается наложение импульсов (рис. 2.1,а и б). Ha рисунке изображены импульсы тока детектора ід и наложенные импульсы напряжения Ubx на входной цепи. Наложение импульсов связано со статистическим характером распределения во времени регистрируемых детектором частиц или квантов. При облучении детектора источником постоянной интенсивности импульсы тока детектора появляются в произвольные моменты времени. Если среднее число импульсов в единицу времени (интенсивность) равно д0, то вероятность попадания в интервал t некоторого количества импульсов N определяется законом Пуассона
P(N% t)
ко"
NI
ехр(— n0t).
(2.1)
:n0t.
долю общего числа импульсов,, или равным t. Таким образом,
Вероятность появления одного импульса за другим в течение некоторого интервала t можно рассматривать как вероятность появления в этом интервале одного импульса (N=I)
Pd) = n0texp(—n0t):
Это выражение определяет также разделенных интервалом, меньшим всегда имеется вероятность сдваивания статистически распределенных импульсов. Точно так же можно показать, что есть группы из трех, четырех и другого количества близко расположенных импульсов.
Возможность группирования сигналов следует также из закона распределения длительности интервалов между импульсами. До- ^ичс- 2Л- Импульсы тока Детектора
__* т J (а); наложенные импульсы напря-
пустим, ЧТО некоторый импульс Жения (б); укороченные импуль-
появился в произвольный момент сы (&)
51
Рис. 2.2. Распределение интервалов между статистически независимыми импульсами
времени, который можно принять за начало отсчета. Тогда следующий импульс может появиться между моментами t YL t + dt ъ том случае, если не будет ни одного импульса в интервале t и появится один импульс в интервале dt. Вероятность первого события согласно формуле (2.1) равна ехр(—n0t), вероятность второго события равна riodt. Поскольку оба события статистически независимы, то вероятность появления в рассматриваемом интер-может быть определена как
вале импульса P (t)dt
P (t) dt = exp (— n0t) n0dt,
откуда получаем закон распределения интервала между статистически независимыми импульсами
P (t) = Tt0 ехр (— п4). (2.2)
Закон распределения интервалов показывает, что вероятность появления коротких интервалов больше, чем Вероятность появления продолжительных (рис. 2.2). Наличие малых интервалов между статистически распределенными импульсами тока вызывает наложение более продолжительных импульсов напряжения на входе схемы, что в свою очередь приводит к неизбежной потере части сигналов в регистрирующих и анализирующих устройствах с конечным разрешающим временем.
Возникающие на выходе детектора наложения сигналов приводят к тому, что флуктуации суммарного напряжения (см. рис. 2.1) значительно превышают амплитуду одиночных сигналов. Наложенные импульсы не проходят через электронную схему, рассчитанную на передачу одиночных сигналов. В этом случае может возникнуть перегрузка электронной схемы (усилителя), в результате которой наложенные импульсы либо выпадут из измерений, либо будут измерены неправильно. Для предупреждения этого неприятного явления стоящая за детектором электронная схема или усилитель делаются такими, чтобы хорошо передавался фронт импульса, а длительность спада была сведена к минимуму, т. е. сигналы укорачиваются и наложения практически не возникают. Укороченные импульсы показаны на рис. 2.1 ,в.
Широко применяют два способа укорачивания: использова-
ние дифференцирующей CR-цепи и короткозамкнутой линии задержки.
2.2.2. УКОРАЧИВАНИЕ ДИФФЕРЕНЦИРУЮЩЕЙ С/?-ЦЕ ПЬЮ
Укорачивание сигнало'в, как правило, выполняют после некоторого усиления. Вследствие этого входная интегрирующая цепь развязывается от укорачивающей цепи и преобразуемый сигнал имеет
52
¦"С 7*
Детектор
cA Выход
E
I ..
у—I И - = СвХ
Рис. 2.3. Укорачивание дифференцирующей CR-цепъю
достаточную амплитуду. В тех случаях, когда с детектора снимается сравнительно мощный сигнал (самогасящийся или сцинтил-ляционный счетчик), укорачивающую цепь подключают непосредственно к нагрузке детектора. Укорачивать сигнал после значительного усиления не имеет смысла, так как наложенные импульсы не пройдут через усилитель и будут потеряны.
На рис. 2.3 укорачивающая CjR-цєпь включена после усилителя. Сигнал на выходе такой цепи при определенных условиях равен
производной исходного сигнала. В самом деле, если—-—» где
о)Сд
— высшая гармоническая составляющая исследуемого сигнала, то напряжение на конденсаторе будет следовать за напряжением на входе Uc^ Ubx9 и поскольку поступающий в конденсатор ток dUr
