Ядерная электроника - Цитович А.П.
Скачать (прямая ссылка):
Спектрометрические усилители применяют в прецизионных амплитудных измерениях; их специфические особенности будут рассмотрены ниже. Спектрометрические усилители часто называют линейными, так как их основная задача состоит в линейной передаче амплитудных значений усиливаемых сигналов. Амплитудная характеристика этих усилителей UBblx = f (Unx) должна быть линейной с большой точностью (до 10~4) а нестабильностью коэффициента усиления — весьма малой (до IO-5). В противном случае энергетические (амплитудные) спектры будут измерены неверно— спектральные линии будут размыты.
Особые требования предъявляют и к переходной (частотной) характеристике спектрометрического усилителя; должна быть обеспечена передача сигналов со сравнительно коротким временем нарастания (порядка IO-6 с) и достаточно высокой средней частотой следования (до IO5 имп./с) при максимальном отношении сигнала к шуму.
При всех перечисленных требованиях линейный усилитель должен иметь высокий коэффициент усиления — до IO6—IO7, так как основные спектрометрические детекторы выдают малый сигнал. Для получения высокого коэффициента усиления схему выполняют из нескольких секций, каждая из которых охвачена отрицательной обратной связью, стабилизирующей основные параметры (рис. 2.11). Между усилительными секциями вводят формирующие элементы и аттенюаторы. Как правило, линейный спектрометрический усилитель состоит из двух частей: предварительного и основного усилителей. Предварительный усилитель, иногда называемый головным, размещают непосредственно у детектора, что позволяет свести к минимуму паразитные емкости и наводки на входные цепи. Кроме того, при таком размещении удобно амортизировать детектор и усилитель, чтобы уменьшить микрофонный эффект, можно также применить охлаждение.
Основной усилитель располагают обычно за радиационной защитой, непосредственно около регистрирующей аппаратуры. По-
I 2
Вход
. I-сн 1чін 1-сн L-Ch
і________і і_______________________Л—
ПУ 0У J
Выход
.J
Рис. 2.11. Структура линейного усилителя:
ПУ — предварительный усилитель; ОУ — основной усилитель:
1 — секция; 2 — регулирующий и формирующий элементы; 3 — обратная связь
61
этому его органы управления доступны и легко вести настройку. Следует отметить, что в автоматизированных установках некоторыми параметрами усилителя управляют при помощи ЭВМ или микропроцессоров, в этом случае в схему усилителя вводят дополнительные электронные элементы управления.
2.3.2. СТАБИЛИЗАЦИЯ КОЭФФИЦИЕНТА УСИЛЕНИЯ ПРИ ПОМОЩИ
ОТРИЦАТЕЛЬНОЙ ОБРАТНОЙ СВЯЗИ
В усилительной секции, охваченной отрицательной обратной связью, с выхода секции на ее вход поступает сигнал, фаза которого противоположна фазе исходного сигнала. Введение отрицательной обратной связи позволяет значительно улучшить такие важные показатели усилителей, как стабильность коэффициента усиления, линейность амплитудной характеристики, 'время нарастания и др.
Существуют различные способы подачи энергии с выхода схемы на ее вход. В усилителях для ядерных исследований различают схемы обратной связи по напряжению, току и заряду. В первом типе схем сигнал обратной связи пропорционален выходному напряжению, во втором — току выходного каскада, 'в третьем — выходному заряду. Тип обратной связи выбирают в зависимости от схемы секции или от решаемой задачи. Например, для повышения стабильности коэффициента усиления секции чаще всего применяется обратная связь по напряжению. Если необходимо улучшить параметры всего усилительного тракта, включая и детектор, применяют обратную связь по заряду.
Рассмотрим влияние отрицательной обратной связи на стабильность коэффициента усиления. Допустим, что в схеме усилителя без обратной связи коэффициент усиления К равен
к = ивых/ивх,
где Uвх и t/вых — амплитуда сигнала на входе и выходе. При введении в усилитель отрицательной обратной связи (рис. 2.12) коэффициент усиления
/Co.o = tW(tfBX-tfo.c).
где Uал — сигнал обратной связи.
Обозначив коэффициент обратной связи р = ?/0.с/UВых, получим
АГо.с = ка і -т.
В случае отрицательной обратной связи р<0 и коэффициент усиления равен
Ко.с = юн + т- (2.14)
Рис. 2.12. Введение в усилитель отрицательной обратной связи по напряжению
Величина /Cp называется фактором обратной связи. Для определения влияния отрицательной обратной связи на стабильность коэффициента усиления
62
продифференцируем выражение (2.14), полагая К переменным:
dKo.c = dK/(l+m2- (2.15)
После деления соответственно левых и правых частей выражений (2.14) и (2.15) друг на друга получаем
с __ dK_____1 /2 16\
*о.с ~ К I +К$ '
Из этого выражения видно, что относительная нестабильность коэффициента усиления при наличии отрицательной обратной связи dKo.c/Ko.c в (1+/СР) раз меньше относительной нестабильности коэффициента усиления того же усилителя без обратной связи (dKIK).
В качестве примера рассмотрим усилитель с коэффициентом усиления К = IO4. После введения отрицательной обратной связи ср = IO-2 усиление такой схемы уменьшается до ІС0.с=Ю2, при этом стабильность коэффициента усиления возрастает значительно— в 100 раз.
