脈沖甄別器設計

1、脈沖甄別電路設計與仿真實現(xiàn)摘要脈沖幅度的測量是核輻射測量的一個重要環(huán)節(jié)。 介紹了一種脈沖幅度甄別器，能夠將幅度超過（或低于）某一設定電平的輸入脈沖轉換成幅度和寬度符合一定標準的輸出脈沖，并仿真通過。1 . 實驗目的：學習數(shù)字模擬混合電路中的計時電路， 比較電路， 脈沖成型電路和觸發(fā)電路等單元電路的綜合應用。 熟悉脈沖甄別器的工作原理， 了解簡單數(shù)字模擬混合系統(tǒng)實驗， 調(diào)試及故障排 除方法。2 . 實驗原理2.1 脈沖甄別器工作原理脈沖幅度的測量技術在核輻射探測中是一個重要問題。 同時， 脈沖形狀的甄別， 也應予 注意。脈沖幅度的測量， 可以采用脈沖幅度甄別器來進行， 這種電路只允許一定幅度的脈

2、沖通過， 供其后續(xù)電路記錄。 脈沖幅度甄別器分積分甄別器和微分甄別器， 積分甄別器只允許幅度超過一定甄別閾的脈沖通過，供其后續(xù)電路記錄；脈沖幅度小于甄別閾的將不允許通過，記錄電路不予記錄。 微分甄別器又叫單道脈沖幅度分析器， 只允許某一幅度范圍內(nèi) （上甄別閾和下甄別閾之間）的脈沖通過，幅度小于下甄別閾和大與上甄別閾的脈沖均不能通過。2.2 微分甄別器一般包括兩個積分甄別器和一個反符合電路。 閾值取的較高的的叫上甄別器， 閾值取的較低的叫下甄別器。 反符合電路只是這樣的電路， 它有兩個輸入端， 一個輸入的是信號脈沖，一個輸入的是阻止脈沖的控制信號， 在該電路中， 前者是下甄別器輸出， 后者是上甄

3、別器輸出。當只有下甄別器被觸發(fā)時，整個分析器才有信號輸出，如果上下甄別器均不能被觸發(fā)，分析器無輸出信號。 所以，微分甄別器實現(xiàn)的功能是只有不大、不小、 幅值在上下甄別閾之間的脈沖才能功過，使其后續(xù)電路記錄。為了解決幅度超過上甄別閾的脈沖前沿、 后尾不能夠正常反符合問題， 可以在電路采取一些辦法進行上、下甄別器時間上的配合。如圖 1 所示。6圖1反符合電路中時間配合方案它利用甄別器輸出信號的后沿做輸出信號，而上甄別器輸出信號都是從前沿就開始起作用了，并加以展寬，使其能在時間上蓋住下甄別器輸出信號的后沿所形成的脈沖。圖6-1采用了雙穩(wěn)態(tài)電路來展寬上甄別器輸出信號的寬度。當輸入信號幅度超過上甄別閾時

4、，上、 下甄別器均被觸發(fā)。下甄別器輸出的信號被微分，并使其后沿形成的尖脈沖通過二極管加到 反符合電路輸入端作為輸入信號。上甄別器輸出的信號前沿將使雙穩(wěn)態(tài)電路發(fā)生翻轉，若平時雙穩(wěn)態(tài)電路輸出低電位， 則此時它將輸出高電平， 加到反符合電路輸入端作為阻止信 號，反符合電路被阻塞無輸出。這個狀態(tài)一直要繼續(xù)下去，直到下甄別器輸出信號后沿被微 分，所形成的尖脈沖經(jīng)過延時使雙穩(wěn)態(tài)電路再次被觸發(fā)翻轉處于還原狀態(tài)，雙穩(wěn)態(tài)的輸出又回到低電平，電路才回復到正常狀態(tài)，從而保證了反符合作用可靠的進行。2.3 實驗電路實驗電路如圖2所示。上甄別器與雙穩(wěn)態(tài)電路相連接，若上甄別器被觸發(fā)， 其輸出信號使雙穩(wěn)態(tài)電路翻轉，其輸出端

5、Q （也即與門輸入端 G）變?yōu)榈碗娖?，反符合電路（與門）被阻塞。這時下甄別器的輸出信號經(jīng)非門 1倒相，通過微分電路整形而成兩個尖脈沖，由于非門2被偏致為高電平，只有后沿形成的負脈沖可使其翻轉輸出一個正脈沖，但因反符合電路被阻塞，他不能被通過。在E端形成的負尖脈沖又使雙穩(wěn)態(tài)翻轉，其輸出端恢復為高電平，反符合電路開啟。當只有下甄別器被觸發(fā)，輸出的信號可以通過反符合電路。各點波形如圖圖3所示。它的上下甄別閾分別為 V, V2,由可變電阻器調(diào)節(jié)。后續(xù)記數(shù)顯示電路，由讀者 自行設計。L |心 14.20 口1;同，k Ohm 由5%G輸出用品即1T140 k Ohm2120 k OhmI : 77圖2微

6、分甄別器實驗電路3 .實驗內(nèi)容由于實驗電路中使用器件較多，時序電路配合嚴格。實驗前必須清楚各點的時序波形， 使電路邏輯清楚。實驗時，應按照實驗任務的次序，將各測試點的時序逐個進行調(diào)試，在時序測試正常后，再進行后續(xù)計數(shù)顯示電路的調(diào)試。即分別測試調(diào)整上下甄別閾電路、微分脈沖成型電路， 雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路、反符合電路、計數(shù)電路、顯示電路等邏輯功能，將各單元電路工作正常后， 然后進行封裝，再將有關電路逐級連接起來進行測試，直到測試脈沖甄別器的整個電路的功4能。這樣的測試方法有利于檢查和排除故障，保障實驗順利進行。c -jaseCharriel AChannel BScale: 10 us/DivScale

7、: 5 VtvScales5 V/DtvX pos,(piv):0 pos.fDiv): pos.fDiw): 0Y/r| AddB/A 4用*c| o |dc|AC C|oc SaveExt. trigfl er圖11 D點的電壓波形圖9Oscillosccpe-XSC2囹圖小T1TZT2*Time90.051. us90.051 us0.000 5Channel出3.415 V3.415 V0.000 VChannel_B：Reverse i5部寶Ext. triflfl erTriggerEdge: T t a B ExtTinetjsse10 us/DivChannel ACharne

8、l BScalf： 5 VAiv Scales 5 V/DivXpos.fpiv): 0Y pos.fpiv): 0Y pos.(piv): 0Level： qvNoneY/r Add|Bi|AType |Shg| | |Na圖12 E點的電壓波形圖圖13 F點的電壓波形圖11圖14 G點的電壓波形圖6.E,F,G點電壓波形對比（E黑,F藍，G紅）17圖16 E至G點的電壓波形對比圖（2）分析調(diào)試中發(fā)現(xiàn)的問題及故障排除方法。 發(fā)現(xiàn)的問題：波形時序不一致。排除方法：加電容和反向器，通過延時，使得波形時序相同。5 .預習要求（1）查閱相應參考資料，了解脈沖甄別器工作原理。1 .高速比較器LM311

9、電壓比較器LM311是集成運放非線性應用電路， 它將一個模擬量電壓信號和一個參考固 定電壓相比較，在二者幅度相等的附近，輸出電壓將產(chǎn)生躍變，相應輸出高電平或低電平。 比較器可以組成非正弦波形變換電路及應用于模擬與數(shù)字信號轉換等領域。2. 普通的上下閾甄別電路核輻射探測器輸出的脈沖幅度與核輻射的能量成正比，按脈沖幅度不同測量并計數(shù)，從而可以得到脈沖幅度譜（即能譜）。單道脈沖幅度分析器主要由上甄別電路、下甄別電路及反符合電路組成，其結構框圖如圖17所示。其基本功能就是，只有輸入脈沖幅度落入給定的電壓（閾電平）范圍（UHUL）之內(nèi)時，才輸出邏輯脈沖。圖中UL為給定電壓范圍的下限電壓，稱為下閾電平；U

10、h為上限電壓，稱為上閾電平；上閾電平與下閾電平之差UW=UH-U豚為道寬；UC=1?2（UH+UL）稱為道中心。反將合反符合電髓* 仇一符含人端圖17單道脈沖幅度分析器結構框圖甄別電路由超高速雙比較器 LF311組成，其原理圖如圖 18所示。當uiUL時，上、下 甄別電路均無輸出；當ULuiUH時， 上、下甄別電路均有輸出。使用 LF311時，注意其輸入信號幅度范圍，盡管使用了土 5V 的 電源，但輸入信號的最大幅度不能超過3.5V。若輸入信號幅度較大時，可在信號輸入端增加一級衰減器。反符合電路是由D觸發(fā)器(74H74)構成的雙穩(wěn)態(tài)電路、單穩(wěn)態(tài)電路(74LS08)組成，其電路如圖5所示，信號邏

11、輯關系如圖6所示。(74121)及與門雙移本電路Tr圖19反符合電路原理圖圖20信號邏輯關系圖其工作過程為：(1) .當uiUL時，L和H都是低電平，顯然與門輸出為零。(2) .當ULuiUH時，H、L都有正脈沖輸出，如果直接將上、下甄別電路輸出脈沖進行反符合處理，由于脈沖上升時間和下降時間存在，將會發(fā)生甄別錯誤。此電路H的前沿將雙穩(wěn)態(tài)電路清零，以保證在單穩(wěn)態(tài)電路輸出脈沖之前將與門關閉，而用單穩(wěn)態(tài)電路輸出正脈沖U1的后沿將雙穩(wěn)態(tài)電路觸發(fā)翻轉，使U3回到高電平狀態(tài)，與門重新開放3. 脈沖幅度甄別器原理脈沖幅度甄別器的基本功能： 脈沖幅度甄別器是將幅度超過 （或低于）某一設定電平 的輸入脈沖轉換成幅度和寬度符合一定標準的脈沖輸出， 剔除此電平以下（或以上）的任何輸 入信號。圖21輸入脈沖波形圖班中心工Vc = 2Vh-l圖23甄別電路輸出信號(2)列出調(diào)試脈沖甄別器的步驟。1 .按上圖電路連接電路；2 .調(diào)節(jié)信號源電壓為 5 V的正玄波；3 .分別調(diào)節(jié)滑動變阻器 R1和R2,設置上下閥的閥值分別為 3.5V和0.6V;4 .記錄A點電壓波形；5 .記錄B點電壓波形；6 .記錄C點電壓波形；7 .記錄D點電壓波形；8 .記錄E點電壓波形；9 . 記錄 F 點電壓波形；10 .記錄G點電壓波形；11 A,B,C,D 點電