Ядерная электроника - Цитович А.П.
Скачать (прямая ссылка):
Амплитудный разброс приводит также к размытию, связанному с зарядовой чувствительностью дискриминаторов. Для срабатывания дискриминатора необходимо, чтобы после превышения порога срабатывания Unov в схему поступил некоторый заряд Q (см. рис. 4.4). Вызываемая этим эффектом временная задержка больше для импульсов меньших амплитуд (712>Гі).
Задержки, связанные с амплитудным разбросом и зарядовой чувствительностью дискриминаторов, складываются и определяют момент привязки.
Временной статистический разброс (джиттер) существует независимо от эффекта размытия и вызывается шумами и процессом образования выходного сигнала.
Источник шумов может быть как в самом детекторе, так и в усилительной схеме. Влияние шумов особенно заметно в полупроводниковых детекторах. Эквивалентный шум, приведенный ко входу дискриминатора, создает как бы «уширение» сигнала (рис. 4.5). Если амплитудный разброс шумов имеет ширину Gu, то ширину временной неопределенности в срабатывании дискриминаторов с порогом Unop можно записать в виде
Здесь
Gi =
dU(t)
dt
dU (t) dt
t=T
t=T
определяет наклон усредненного сигнала в момент
пересечения порога дискриминации. Из этого выражения видно, что
Рис. 4.5. «Уширение» сигнала вследствие шумов
Рис. 4.6. Флуктуация формы, свя* занная со статистическим характером процесса образования сигнала: Ot — временной разброс; ас (0 — ширина флуктуаций формы импульса
201
ширина временной неопределенности увеличивается для сигналов меньшей амплитуды и в том случае, когда амплитудное значение близко к порогу срабатывания.
Процесс образования выходного сигнала детектора также имеет статистический характер. Его влияние на неопределенность временной привязки особенно заметно в сцинтилляционных детекторах, где при преобразовании исследуемого излучения образуется небольшое число фотоэлектронов (от 10 до 1000). Недостаточная статистика приводит к флуктуации формы выходного импульса фотоумножителя. Этот эффект поясняется рис. 4.6; на нем изображена усредненная форма импульса и две внешние линии, определяющие средние квадратические флуктуации формы импульсов, форма импульса зависит от времени и начального числа фотоэлектронов. Если задаться шириной флуктуаций формы импульса Gc(t)y то временной разброс (джиттер) будет равен
„ _ MO
oU(t)
dt
t=T
Входящие в это выражение величины соответствуют моменту t = Tv когда импульс пересекает порог срабатывания дискриминатора.
4.2.2. МЕТОДЫ ВРЕМЕННОЙ ПРИВЯЗКИ
В зависимости от скорости нарастания сигналов, их амплитудного разброса и флуктуаций формы применяют различные методы временной привязки. Если амплитуда импульсов изменяется мало и они имеют высокую крутизну нарастания, то временную привязку можно вести по переднему фронту, применяя быстродействующие дискриминаторы с фиксированным порогом срабатывания, например схемы на туннельных диодах.
Очень часто импульсы детекторов имеют большие амплитудные разбросщ, а погрешность временной привязки должна быть значительно меньше времени нарастания сигналов. Особенно это относится к «медленным» детекторам [сцинтил-ляционные счетчики с кристаллами NaI (Tl) или CsI (Tl)]. Время высвечивания этих сцинтилляторов, а следовательно, и длительность переднего фронта составляют 0,5 мкс. Время нарастания у сигналов полупроводниковых детекторов, снимаемых с выхода зарядовых усилителей и некоторых других детекторов, бывает такого же порядка. При работе с такими детекторами вести привязку по переднему фронту, как правило, нецелесообразно из-за амплитудного разброса. Для повышения точности временной привязки применяют различные методы, основанные на точной фиксации положения на оси времени некоторых параметров импульса, мало зависящего от амплитуды. К таким параметрам относятся: начало нарастания импульса; моменты, соответствующие его вершине или центру тяжести, и т. д.
202
Для привязки к началу нарастания импульса иногда применяют чувствительные дискриминаторы с порогом срабатывания примерно 1 мВ. При поступлении на такой дискриминатор импульсов с
амплитудои несколько вольт и временем нарастания ется точность привязки 10-7—
10 6 с достига-
-IO-8 с. Возможно применение и обычных дискриминаторов. В этом случае импульсы предварительно усиливаются неперегружающимися насыщенными усилителями, которые «растягивают» начало импульсов по амплитуде (рис. 4.7).
Следует отметить, что при большом уровне шумов указанный метод не дает хороших результатов из-за перегрузки дискриминаторов.
Для осуществления временной привязки импульс детектора часто превращается в биполярный и привязка ведется к точке пересечения нулевой линии, поскольку при соответствующей обработке сигнала момент пересечения нулевой линии не зависит от амплитуды исходного сигнала. На этом основан метод двойного дифференцирования. Обработка сигнала ведется двумя дифферен-
цирующими ячейками
с
постоянными времени
T
1
CiR
і
и
T
2
C2R2 (рис. 4.8,а). Если вход-
ной сигнал описывается экспонен-
