Ядерная электроника - Цитович А.П.
Скачать (прямая ссылка):
В тех случаях, когда схема совпадений регистрирует большое число совпадений, следует учитывать еще один параметр — быстродействие или мертвое время. Быстродействие характеризуется минимальным интервалом времени, через который схема может зарегистрировать следующее совпадение. Чаще всего оно определяется не элементом отбора, а формирующими и дискриминирующими частями схемы.
4.3.2. ОСНОВНЫЕ ТИПЫ СХЕМ СОВПАДЕНИЙ
Классификация схем совпадений. Известно большое число типов схем совпадений, построенных на разных принципах и различных активных элементах. В ядерной электронике схемы совпадений наиболее целесообразно классифицировать по характеру реакции этих схем на входные импульсы. Такая классификация особенно рациональна для схем наносекундного диапазона. Она показывает, в каком направлении должно идти развитие этих схем для получения предельных параметров. Обозначая x(t) и y(i) входные импульсы, a f(x, у)—реакцию выхода, схемы совпадений можно разделить на четыре основные группы.
1. Схемы, основанные на нелинейном сложении. Для них
/(*, у)~Ф(х + у) — [Ф(х) + Ф(у)],
где Ф(л:) и Ф (у)—характеристики нелинейных элементов (транзисторов и диодов), причем Ф (0)=0. В некоторых задачах, требующих определения кратности совпадений, применяются также схемы с линейным сложением — мажоритарные схемы совпадений. Они будут рассмотрены отдельно.
2. Схемы, основанные на умножении. Для них f(x, у)~ху.
3. Схемы выбора меньшего. В этих схемах выходной сигнал
208
Вход 2
o+F*
в)
Рис. 4.11. Схема совпадений Росси на транзисторах (а), ее эквивалентная схема (б) и временные диаграммы (в)
пропорционален меньшему из двух входных сигналов, f(x, у) ~ ~min (х9 у).
4. Фазовые схемы. В них выходной сигнал зависит только от фазы входных импульсов и на зависит от амплитуды, f (х, у) ~ —фу, где фя, фу — фазы входных сигналов.
Приведенная классификация отражает только основные явления, происходящие в схемах. В реальных схемах, особенно в схемах наносекундного диапазона, часто на основные явления накладываются побочные; так, характеристики этих схем иногда больше зависят от нелинейных элементов, чем от принципа построения. Ниже будут рассмотрены различные типы схем совпадений, получившие наибольшее распространение.
Схемы совпадений, основанные на нелинейном сложении. Типичной схемой с нелинейным сложением является схема Росси, первоначально разработанная на электронных лампах. Транзисторный вариант схемы приведен на рис. 4.11,а. Схема выполняется на двух или нескольких транзисторах, имеющих общую нагрузку и работающих в ключевом режиме. Сопротивление нагрузки Rk выбирается значительно больше сопротивления ключей в проводящем состоянии г. При частичных совпадениях, когда закрывается часть ключей, напряжение на выходе меняется мало. При полных совпадениях, когда все ключи заперты, напряжение на выходе имеет максимальное значение и стремится к Ек.
Анализ основных процессов в схеме удобно вести при помощи эквивалентной етемы (рис. 4.11,6), в которой транзисторы заменены сопротивлениями г и ключами Kx, ..., Kn- Определим коэффициент отбора совпадений без учета паразитных емкостей схемы, т. е. для импульсов большой длительности
P = AU^lAUil?-1', (4.7)
209
где AUкП)— изменение напряжения на коллекторах црн совпадении на п входах, a AU^~11 —изменение напряжения на коллекторах при совпадении на п—1 входе. /
AUk"* и ДІУк"-1) можно определить через соответствующие потенциалы коллектора
AU(Kn) = U(Kn) — U(K0); ' (4.8)
AfzJcn-1 > = UtlГ1 ) — Ui0K (4.9)
где UkW — потенциал коллекторов относительно земли, когда ни на одном из входов нет сигналов,
U(K0) = Er j-1 (RK + г ту, (4.10)
—потенциал коллекторов относительно земли при совпадении на п—1 входе,
UT1 =EjKRk +г), (4.11)
UKn — потенциал коллекторов относительно земли при совпадении на п входах,
Vl = En. (4.12)
Подставляя (4.10) — (4.12) в выражения (4.7) — (4.9), определяем коэффициент отбора р
P=^T1 (-Tl + 1)- (4.13)
Из этого выражения видно, что для получения лучшего коэффициента отбора следует увеличивать коллекторную нагрузку и применять активные элементы с малым внутренним сопротивлением.
До сих пор не учитывалось влияние на работу схемы паразитной емкости Cn, которая ухудшает коэффициент отбора для импульсов малой длительности. В этом можно убедиться, рассматривая переходные процессы в схеме. Для большей наглядности рассмотрим двухканальную схему, состоящую из транзисторов Ti и T2 (рис. 4.11), работающих без насыщения.
В исходном состоянии оба транзистора проводят и потенциал коллектора равен t/K(0) (рис. 4.1 It,в). Когда на базу одного из транзисторов поступает отрицательный единичный импульс, транзистор запирается и потенциал коллектора увеличивается с постоянной Времени Сп = Тт, стремясь при этом к потенциалу
и%\
Если же оба транзистора запираются одновременно (случай совпадений), потенциал коллектора увеличивается с постоянной времени
т(2) = RllCn = тк.
210
Заметим, что тк^>тт. Это означает, что при поступлении ьа вход импульсов конечной длительности /имп меньше Tk (^имп<Тк) КОЭф-фициент отбора будет меньше того значения, которое определяется выражением (4.13). В самом деле, AUf к< AUk (рис. 4.1 Ie). Для я-канальной схемы коэффициент отбора в зависимости от длительности импульсов /имп равен
