Файл: Руководство к лабораторным занятиям по физике учеб. пособие.pdf

Скачать файл
Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 14.10.2024

Просмотров: 195

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Рис. 328, Схема дискриминатора Шмидта.

VII. НЕКОТОРЫЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ЭЛЕКТРОННОЙ АППАРАТУРЕ

625

является неустойчивым. Действительно, пусть в некоторый

момент

времени обе лампы открыты, и на их общем катоде случайно возник небольшой положительный импульс. Сетка лампы Лх приобрела вследствие этого дополнительное отрицательное смещение относи­ тельно катода, и на аноде лампы Лх появится усиленный положи­ тельный импульс. Этот импульс через емкость С2 попадает на сетку лампы Л2, ток через эту лампу увеличивается, и за счет падения на­ пряжения на сопротивлении R Kна общем катоде возникает добавоч­ ный положительный сигнал (много больший, чем небольшой отри­ цательный сигнал, образующийся вследствие уменьшения тока че­ рез лампу Лх). Этот сигнал в свою очередь усиливается лампой Ли снова попадает на лампу Л2 и т. д.

Процесс идет до тех пор, пока лампа Лхнеокажется полностью закрытой.

Аналогичный процесс развива­ ется и в том случае, если на катоде возникает не положительный, а от­ рицательный начальный импульс. В этом случае закрытой оказыва­ ется лампа Л2.

Рассмотрим теперь стабильность состояний, в которых одна лампа заперта, а другая отперта. Эти со­ стояния могут быть устойчивы или

неустойчивы в зависимости от выбора параметров схемы. Обычно па­ раметры схемы подбирают таким образом, что она имеет одно устойчи­ вое состояние, то именно, при котором лампа Лхоказывается запертой.

Если теперь на вход дискриминатора приходит импульс, ампли­ туда которого достаточна для того, чтобы открыть лампу Л и сигнал заставляет схему «перевернуться», а по прекращении сигнала схема возвращается к прежнему положению. При этом на анодном сопро­ тивлении Rx появляется положительный импульс. Амплитуда этого импульса уже не зависит от амплитуды входного сигнала и опреде­ ляется только параметрами схемы. По возвращении в исходное состояние схема готова к регистрации следующего импульса.

Устройства, отвечающие на приход внешних сигналов генерацией собственных стандартных по форме импульсов, носят название т р и г г е р н ы х . Схема Шмидта является примером простейшей триггерной ячейки.

§3. С х е м ы с о в п а д е н и й

Вряде случаев необходимо регистрировать факт одновременного появления сигналов от двух или нескольких датчиков. Такая за­ дача возникает, например, при изучении углового распределения космических лучей, когда направление полета частицы определяется

21 п/р Л. Л, Гольдина і

626 ПРИЛОЖЕНИЯ

по одновременному срабатыванию двух разнесенных в пространстве

счетчиков.

Выделение совпадающих во времени сигналов осуществляют так называемые схемы совпадений.

Наиболее широко известна простая и надежно работающая схема совпадений Росси. Эта схема (рис. 329) состоит из п одина­ ковых ламп, аноды которых соединены вместе и через общее сопро­ тивление R а подключены к источнику анодного напряжения. В от­ сутствие сигналов все лампы Лъ Л2, ~ Л п открыты.

Рассмотрим случай, когда на сетки всех ламп, кроме одной, пришли отрицательные сигналы, так что эти лампы оказались за­ пертыми. Если сопротивление R a достаточно велико, а оставшаяся открытой лампа способна работать при небольшом анодном напря­ жении, то потенциал точки А окажется существенно ближе к по­

тенциалу катода, чем к потен­

 

 

 

циалу Е а

анодного

питания.

 

 

 

Если открытой осталась не одна,

 

 

 

а несколько ламп, то потенциал

 

 

 

точки А будет еще ниже, так как

 

 

 

несколько ламп пропускают тот

 

 

 

же ток при более низком анод­

 

 

 

ном потенциале, чем одна от­

Рис. 329. Схема

совпадений

Росси.

крытая лампа. Различие в по­

тенциалах

точки

А

при этом

Совсем другая

картина

 

оказывается, однако,

невелико.

возникает в том случае,

если отрица­

тельные сигналы запирают все лампы одновременно. Ток через сопротивление R a в этом случае прекращается вовсе и потенциал точки А сравнивается с Ея. Схема Росси реагирует, таким образом, существенно большим сигналом на одновременное запирание всех ламп, чем на запирание только нескольких ламп или даже всех ламп, кроме одной. На выходе схемы совпадений устанавливается дискриминатор, отличающий большие импульсы совпадений от других, меньших по величине импульсов. Схема Росси с дискри­ минатором регистрирует, таким образом, только случаи одновремен­ ного прихода сигналов на входы всех ламп.

Важнейшей характеристикой схемы совпадений является ее разрешающее время, т. е. минимальный интервал времени, который должен разделять близкие импульсы, чтобы схема еще зарегистри­ ровала их как несовпавшие.

Как правило, оказывается выгодно применять схемы с возможно меньшим разрешающим временем, так как с увеличением этого времени увеличивается число случайных совпадений. При большом разрешающем времени и сильных загрузках счетчиков число слу­ чайных совпадений быстро возрастает и может существенно иска­ жать результаты.

VII. НЕКОТОРЫЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ЭЛЕКТРОННОЙ АППАРАТУРЕ

627

В то же время разрешающее время не может выбираться и слиш­ ком малым. Пусть, например, схема должна регистрировать про­ хождение частицы через несколько счетчиков, находящихся на не­ котором расстоянии друг от друга. Разрешающее время схемы сов­ падений должно быть в этом случае больше времени, которое нужно частице, чтобы пролететь расстояние между наиболее удаленными счетчиками. Рассмотрим в качестве примера телескоп, регистрирую­ щий релятивистские частицы, летящие со скоростью около 3 • ІО10 см/с. Пусть размеры телескопа составляют 3 м. Время пролета этого рас­

стояния составляет

ІО" 8

секунды,

и не следует

применять схем

с меньшим разрешающим временем.

~ ІО" 7 секунды.

Обычные схемы

Росси

имеют разрешение ІО" 6

§ 4. С х е м ы а н т и с о в п а д е н и й .

С х е м а д и ф ф е р е н ц и а л ь н о г о

 

 

д и с к р и м и н а т о р а

 

Иногда возникает необходимость запретить срабатывание ре­ гистрирующей системы при поступлении сигнала от некоторого элемента экспериментальной установки. Работающие таким образом схемы запрета называют схемами антисовпадений. Простейшая схема антисовпадений приведена

на рис. 330.

 

 

Пусть на вход 1 приходит по­

 

ложительный

импульс от какой-

 

либо

регистрирующей схемы,

 

например от

дискриминатора

 

Шмидта, а на вход 2 импульс не

 

поступает. В этом случае в точке

 

а появляется положительный сиг­

 

нал, амплитуда которого опреде­

 

ляется величиной входного сиг­

Рис. 330. Схема антисовпадений.

нала

и значениями сопротивле­

 

ний Rlt R2, R3. Пусть теперь одновременно с сигналом, поступающим на вход 1, на вход 2 подается отрицательный импульс, амплитуда и форма которого повторяют амплитуду и форму первого. Пусть, кро­ ме того, Rx — R%.Легко видеть, что сигнал, возникающий в точке а, окажется в этом случае близок к нулю. Чтобы сделать режим работы схемы менее критическим, выходной сигнал берется не прямо с точки а, а после диодного дискриминатора Д. Напряжение на нем подбирают с помощью потенциометра таким образом, чтобы не­ большие положительные сигналы, которые могут возникнуть изза небольших различий в форме, амплитуде и времени поступления положительного и отрицательного сигнала, еще не открывали ди­ од. Для более устойчивой работы схемы сигнал 2 (называемый «сиг­ налом запрета») часто делают несколько длиннее и выше сигнала 1, как это показано на рис. 330 пунктиром.

21*

628 ПРИЛОЖЕНИЯ

Нетрудно видеть, что изображенная на рис. 330 схема может работать и как схема совпадений. Для этого следует на вход 2 подавать сигналы положительной полярности, а смещение дискри­ минатора Д подобрать таким, чтобы он пропускал только совпавшие сигналы, амплитуда которых примерно вдвое превышает амплитуду одиночных импульсов.

Приведенная на рис. 330 простая схема антисовпадений хорошо работает только в тех случаях, когда на ее входы подаются хорошо выравненные по амплитуде и длительности сигналы, сформирован­ ные на триггерных ячейках. При желании получить установку, рабо­ тающую с коротким разрешающим временем, необходимо использо­ вать триггерные ячейки с небольшими выходными сопротивлениями.

Рис. 331. Блок-схема дифференциального дискри­ минатора.

Пусть, например, мы хотим получить схему антисовпадений с раз­ решающим временем ІО' 8 секунды. В этом случае постоянная вре­ мени RC должна быть меньше ІО' 8 секунды. Емкость монтажа со­ ставляет обычно около 10 пФ, сопротивления R u R.z, R3 должны быть поэтому менее ІО-8/ 10 - ІО' 12 = ІО3 Ом. Обычно в схеме исполь­ зуют сопротивления около 100 Ом. Соответственно выходное со­ противление каскадов, формирующих импульсы 1 и 2, должно быть менее 100 Ом. В "качестве формирующих элементов с таким малым выходным сопротивлением обычно используются транзи­ сторы (триоды или туннельные диоды). Разрешающее время подоб­ ных схем совпадений (и антисовпадений) достигает нескольких наносекунд.

С помощью схем антисовпадений можно построить дискримина­ торы, регистрирующие сигналы, амплитуда которых лежит в задан­ ном интервале, например от Ѵ0 до Ѵ0 + ДК0. Такие дискримина­ торы называются дифференциальными. Блок-схема дискриминатора изображена на рис. 331. Входной сигнал поступает сразу на два дискриминатора — дискриминаторы нижнего и верхнего уровней. Первый из них 1 пропускает сигналы с амплитудой, превышающей некоторое значение Ѵ0. Дискриминатор верхнего уровня 2 наст­ роен на пропускание импульсов с амплитудой больше Ѵ0 + Д1/0.

VII. НЕКОТОРЫЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ЭЛЕКТРОННОЙ АППАРАТУРЕ

629

Выход дискриминатора верхнего уровня подан на канал запрета схемы антисовпадений.

Пусть на вход схемы пришел сигнал с амплитудой V < Ѵ0. В этом случае ни один дискриминатор не сработает и сигнал через схему не пройдет. Если амплитуда пришедшего сигнала будет боль­ ше Ѵ0, но менее Ѵ0 + А1/0, то дискриминатор / его пропустит, а дискриминатор 2 не сработает. Сигнал запрета на схему антисов­ падений не поступит, и импульс от дискриминатора нижнего уровня через схему антисовпадений пройдет на регистрирующее устрой­ ство. В случае, когда амплитуда входного сигнала превышает зна­ чение Ѵ0 + АѴ0, дискриминатор 2 выработает сигнал запрета, и на выходе схемы антисовпадений импульс не появится.

Разность уровней настройки первого и второго дискриминаторов называют шириной окна пли просто «окном» дифференциального ди­ скриминатора.

Нередко возникает необходимость исследовать амплитудный спектр поступающих импульсов. Это можно сделать двумя спосо­ бами. Можно установить параллельно ряд дифференциальных дис­ криминаторов, имеющих одинаковую ширину окна, но настроенных на различные значения Ѵ0 (сдвиг настройки от канала к каналу должен быть равен ширине окна АЕ0 ). В этом случае каждый из поступающих импульсов регистрируется одним из дифференциаль­ ных дискриминаторов схемы. Такие схемы называются многока­ нальными амплитудными анализаторами. Они позволяют быстро набирать статистику, но содержат большое число элементов, сложны по устройству и дорого стоятБолее дешевые схемы — одноканаль­ ные амплитудные анализаторы — содержат одну дифференциаль­ ную ячейку, которая переставляется с одного уровня на другой. Это осуществляется с помощью специального переключа­ теля уровней, изображенного в нижней части рис. 331. Переклю­ чатель одновременно меняет уровень Ѵ0 обоих дискриминаторов.

Отмечая число отсчетов в единицу времени при разных после­ довательных положениях переключателя уровней, шаг за шагом измеряют распределение импульсов по амплитуде или, как говорят, измеряют амплитудный спектр поступающих сигналов.

§ 5. П е р е с ч е т н ы е с х е м ы

В большинстве экспериментов ядерной физики непосредствен­ ные результаты опыта представляются числом срабатываний тех или иных регистрирующих схем. Нередко отсчеты следуют друг за дру­ гом со столь малыми интервалами времени, что обычные механи­ ческие счетчики не успевают их регистрировать. В этих случаях между электрическими регистраторами сигналов (счетчиками Гей­ гера, сцинтилляционными счетчиками и т. д.) и механическими счетчиками включаются промежуточные электронные устройства,

Смотрите также файлы