Ядерная электроника - Цитович А.П.
Скачать (прямая ссылка):
Причины изменения постоянной составляющей. Флуктуации постоянной составляющей особенно опасны в прецизионных амплитудных спектрометрических измерениях, так как они приводят к «размытию» спектральных линий. Так же как и в случае амплитудной перегрузки, флуктуации постоянной составляющей связаны с переходными /?С-цепями в схеме усилителя. В этом нетрудно убедиться, если проанализировать передачу серии импульсов между секциями усилителя (см. рис. 2.37,а).
Допустим, что с секции А снимается серия сформированных импульсов (рис. 2.40) равной амплитуды Um. Длительность каждого импульса равна мш период повторения импульсов ‘в серии t. Рассмотрим качественную картину передачи такой серии импульсов на вход последующей секции В. Первый импульс серии прой-
Рис. 2.40. Передача серии импульсов без восстановления постоянной составляющей и с ее восстановлением
tuMn
• I I Il IJlII „ I I
С восстановлением постоянной, составляющей, І і | |
иЛ 11 11 11 11 ¦' 1 11
uR
4* 99
дет через RcCc-цепъ так же, как одиночный импульс. За время ^имп разность потенциалов на емкости С изменится на величину AUy поэтому в тот момент, когда импульс на выходе секции Д исчезнет, т. е. потенциал на выходе примет исходное значение, потенциал на входе секции В не вернется к исходному значению,, а будет на AU ниже. Далее емкость Cc будет экспоненциальна разряжаться, и к моменту передачи второго импульса потенциал на входе секции В остается ниже исходного на
AUf = AU ехр [— (t-tmmn)/RcCc].
Поэтому вершина второго импульса будет ниже вершины первого импульса на величину AU', еще ниже будет вершина третьего импульса. Через некоторое время процесс установится и 'все вершины займут один уровень. Нетрудно заметить, что время установления определяется постоянной времени RcCc переходной цепи.
В установившемся режиме постоянная составляющая на выходе RcCc-Jiem определяется соотношением между длительностью и интервалом t. В самом деле, через конденсатор не проходит постоянная составляющая тока. Заряд, полученный конденсатором в какой-то интервал времени, в остальное время им возвращается. Это означает, что площади кривых токов заряда и разряда должны быть равны. Напряжение на резисторе Rc определяется током через конденсатор, Ur = IcRc, поэтому площади кривой Ur, расположенные выше и ниже нулевой линии, должны быть равны.
Для П-образных импульсов и большой постоянной времени RqiCc ИМЄЄМ (Uyyi А?/уст) ^jiiMirrizr Af/yст ЕСЛИ ^имп^ и соответст-ВЄННО Af/yCT-Cf/w, что обычно имеет место, то
AUatmJJJt. (2.56)
Поскольку AUуст определяет постоянную составляющую напряжения на выходе ]?сСс-цепи и тем самым положение вершин импульсов, то изменение частоты повторения Ift приводит к изменению положения вершин импульсов.
Способы восстановления постоянной составляющей. Флуктуации постоянной составляющей в значительной степени могут быть ослаблены, так же как и явления амплитудной перегрузки, при помощи восстанавливающего диода (см. рис. 2.38). При этом надо заботиться о том, чтобы формирующие и другие цепи усилителя не создавали даже небольших отрицательных выбросов, так как последние будут проходить через диод и создавать дополнительное смещение. По этой же причине простая диодная схема восстановления может быть рекомендована только для усилителей с небольшим коэффициентом усиления, у которых уровень шумов мал. Если шумы велики, то они будут выпрямляться диодом и создавать дополнительное смещение постоянной составляющей. Заметим, что аналогичная картина наблюдается при усилении импульсов большой амплитуды на фоне значительного количества импульсов малой амплитуды. Характерный пример — случай регистрации осколков деления a-активного изотопа.
Восстанавливающий диод устанавливается либо на выходе уси-
100
21
Al IZ AzlZ
Выход
Вход О
>--------------\\
AilZ
Г
Выход
Л (+)”(-)
1I
CL)
Рис. 2.41. Восстановители постоянной составляющей с двумя диодами (а) и с двумя диодами и операционным усилителем (б)
лителя, либо непосредственно на входе подключенного к усилителю прибора, например амплитудного анализатора. Опыт показывает, что в спектрометрических исследованиях при больших загрузках наблюдается некоторая зависимость пулевого уровня на выходе схемы от формы исследуемого спектра. Это вызвано тем, что меняется среднее время поступления импульса и, следовательної, изменяется степень восстановления диодом выходного потенциала.
Простая диодная схема хуже восстанавливает малые флуктуации постоянной составляющей, так как в этой области характеристика диода имеет небольшую крутизну. Лучшими параметрами обладает специальная двухдиодная схема восстановления постоянной составляющей (рис. 2.41,а). В этой схеме в исходном состоянии диоды Д\ и Д2 проводят и через них принудительно задаются равные токи I. Для этого к схеме подключены два источника тока I и 21. Поступающий на вход схемы импульс порядка нескольких сотен микровольт запирает диод Ди при этом в переходный конденсатор С в течение іимп (см. рис. 2.40) течет ток /, а через диод Д2 — ток 21. Приобретенный конденсатором С заряд стекает за время между двумя импульсами (t—tnMu) через диоды Д\ и Д2. Поскольку эти диоды проводят и их внутреннее сопротивление мало,, то смещение нулевой линии AU0M незначительно. В этом нетрудно убедиться, если приравнять заряд, поступивший в конденсатор за время импульса гИмп, Qtmuii=ItviMn и заряд, протекающий через диоды Д\ и Д2 во время разряда,
