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

630 ПРИЛОЖЕНИЯ

вырабатывающие на выходе один импульс на каждые 2, 4, 16 или даже 1000 импульсов, поступающих на их вход. Такие электронные устройства носят название пересчетных схем. Среди них наиболее широко распространены двоичные схемы.

Основу двоичной пересчетной схемы составляет бинарная ячей­ ка, называемая обычно триггерной. По сравнению со схемой дис­ криминатора Шмидта в схеме такой ячейки (рис. 332) введена допол­ нительная связь с анода второй лампы на сетку первой. Если уста­ новить в схемах обеих ламп одинаковые сопротивления и емкости, то схема оказывается полностью симметрична и при соответствующем выборе сопротивлений имеет два устойчивых состояния: состояние, когда лампа Л у открыта, а Лг закрыта, и состояние, когда лампа

Лі закрыта, а Л2 открыта. Как уже отмечалось выше (см. § 2), все промежуточные состояния (когда проводят обе лампы) оказы­ ваются неустойчивыми.

Из одного состояния в другое схему можно переводить элек­ трическими сигналами. Так, если подать отрицательный сигнал на сетку открытой лампы Лъ то лампа Л± закроется и схема перейдет во второе состояние. Следующий отрицательный сигнал, поступив­ ший на сетку первой лампы, не вызовет переворота схемы, так как лампа уже закрыта. Если же этот сигнал подать на сетку второй лампы, то ячейка возвратится в свое первое положение. Сигналы можно подавать поэтому на обе сетки сразу.

Запуск пересчетной ячейки осуществляется обычно через два диода, отбирающих сигналы отрицательной полярности, как это по­ казано на рис. 332 *).

Рассмотрим работу пересчетной ячейки несколько более по­ дробно. Пусть к началу работы схема находилась в первом состоя­ нии. По приходе первого отрицательного импульса схема перейдет

]) В некоторых случаях для управления пересчетной ячейкой используют сигналы, подаваемые на общий катод обеих ламп,

во второе состояние. При этом потенциал на аноде лампы Лг умень­ шится (отрицательный фронт импульса). По приходе второго им­ пульса схема возвратится в первое состояние и потенциал анода лампы Л2 примет первоначальное значение (положительный фронт импульса). Таким образом, в результате прихода на схему двух отрицательных импульсов с анода второй лампы снимается всего один импульс: схема пересчитала число импульсов в 2 раза.

Импульс, получающийся на аноде второй (или первой) лампы, можно использовать для запуска следующей ячейки. Для этого полученный со схемы сигнал дифференцируют на ячейке RC. После дифференцирования из него получаются два импульса: отрицатель­ ный (соответствующий уменьшению потенциала, т. е. приходу пер­ вого сигнала) и положительный, возникающий в момент прихода второго сигнала. Поскольку положительный сигнал не проходит через диоды, на вторую ячейку попадает только отрицательный импульс, в момент прихода которого ячейка переворачивается.

Для определения состояний, в которых находятся ячейки пересчетной схемы, в анодные цепи ламп ставят обычно неоновые лам­ почки.

§ 6. П е р е с ч е т н ы е с х е м ы н а д е к а т р о н а х

В промышленных приборах широко применяются пересчетные схемы на лампах тлеющего разряда — декатронах. Работа этих приборов основана на замечательном свойстве газового разряда: для возбуждения электрического разряда нужна существенно боль­ шая разность потенциалов, чем для его поддержания. При некото­ ром минимальном напряжении (потенциал гашения) разряд вообще гореть не может.

Декатроны устроены следующим образом. Вокруг анода, имею­ щего вид диска с небольшим бортиком, на равном расстоянии друг от друга расположены десять металлических штырьков, называемых индикаторными катодами (рис. 333). Между каждой парой индика­ торных катодов расположено еще два штырька — так называемые передающие катоды или подкатоды. Передающие катоды — по од­ ному из каждого промежутка — соединены в две группы, и от каж­ дой группы у ламп, имеется отдельный вывод. Все индикаторные катоды, кроме нулевого, также соединены в группу с общим выво­ дом. Нулевой индикаторный катод имеет отдельный вывод, который обычно соединяется с землей через сопротивление RK.

Анод лампы через сопротивление R a подсоединен к положи­ тельному полюсу источника питания, а индикаторные катоды через кнопку сброса К — к отрицательному полюсу, который обычно заземляется. Передающие катоды с помощью делителей поддержи­

ваются при повышенном напряжении, величина которого выбира­ ется так, что разность потенциалов между ними и анодом меньше потенциала гашения разряда. В этих условиях длительный разряд с анода на подкатоды оказывается невозможным. В течение неболь­ ших промежутов времени такой разряд гореть может — для этого

Рис. 333. Схема устройства и включения декатрона.

О — индикаторные катоды, ф — передающие катоды.

необходимо с помощью внешнего сигнала через емкость на некоторое время опустить потенциал подкатодов. Лампа заполняется благород­ ным газом.

При включении напряжения на декатрон в одном из промежут­ ков между анодом и каким-либо индикаторным катодом зажигается разряд. Номер катода, на который происходит разряд, зависит от случайных причин. Ток разряда вызывает на анодном сопротивлении R a столь большое падение напряжения, что разряд на второй катод зажечься не может (напряжение анод — катод оказывается ниже потенциала зажигания, но выше потенциала гашения разряда).

Для перевода декатрона в нулевое положение, когда разряд происходит на нулевой индикаторный катод, цепь всех остальных девяти индикаторных катодов разрывается с помощью кнопки К . После разрыва цепи паразитная емкость индикаторных катодов на землю быстро заряжается током разряда и потенциал индикаторных

катодов приближается к потенциалу анода. Когда разность потен­ циалов между индикаторными катодами и анодом становится меньше потенциала гашения, разряд тухнет и напряжение на аноде начи­ нает расти. Как только разность потенциалов между постоянно присоединенным к земле нулевым индикаторным катодом и анодом превысит потенциал зажигания, на нулевом катоде возникает раз­ ряд. Этот разряд продолжается и после отпускания кнопки R. Против нулевого индикаторного катода на аноде декатрона обозначена цифра 0.

Рассмотрим работу декатрона. Пусть для определенности «го­ рит» нулевой индикаторный катод. Так как вблизи горящего катода плотность зарядов повышена, то потенциал зажигания разряда двух ближайших передающих катодов оказывается заметно ниже, чем у всех остальных. Подадим на первую группу передающих ка­ тодов кратковременный отрицательный импульс такой амплитуды, чтобы между подкатодом Г и анодом возник разряд. Этот разряд вызывает дополнительное падение напряжения на R a, так что напря­ жение между индикаторным катодом и анодом уменьшается и при достаточно большой амплитуде запускающего импульса становится меньше потенциала гашения. При этом разряд на нулевой инди­ каторный катод прекращается.

В тот момент, когда отрицательный импульс на первую группу подкатодов оканчивается, подадим отрицательный импульс на вто­ рую группу передающих катодов. При этом, естественно, разряд перейдет с подкатода 1' на передающий катод 1", а после окончания импульса разряд перебрасывается на первый индикаторный катод. Действительно, перейти на подкатод Г разряд не может, так как после окончания импульса разность потенциалов между ним и анодом оказывается меньше потенциала гашения. С другой стороны, близость к передающему катоду 1" приводит к тому, что потенциал зажигания индикаторного катода 1 становится меньше, чем у дру­ гих индикаторных катодов. Поэтому после окончания отрицатель­ ного импульса на второй группе подкатодов зажигается именно первый индикаторный катод. Нетрудно видеть, что если изменить последовательность запускающих импульсов, т. е. если вначале по­ давать сигнал на вторую группу передающих катодов, а затем на первую, то разряд будет перемещаться в обратном направлении — против часовой стрелки.

Схема генерирования импульсов, необходимых для запуска де­ катрона, изображена на рис. 334. Усиленный триодом запускающий сигнал через емкость Сі подается на первую группу передающих катодов. Тот же сигнал поступает и на вторую группу подкатодов. Этот сигнал, однако, задерживается интегрирующей цепочкой R3C2 с достаточно большой постоянной времени.

Когда декатрон сосчитывает десятый импульс, разряд возвра­ щается на нулевой индикаторный катод и возникающий на нем

сигнал используется для запуска следующего декатрониого кас­ када или механического счетчика.

Разрешающее время двухимпульсных декатронов сравнительно велико и достигает 500 микросекунд. В связи с этим было предло­ жено несколько типов быстродействующих декатронов. Среди них наибольшее распространение получили одноимпульсные декатроны типа ОГ-3, разрешающее время которых не превышает 50 микро­ секунд. Такие декатроны имеют не две группы передающих като­ дов, а три. При этом расстояние между передающими катодами уменьшается, переход разряда на соседний подкатод происходит

Рис. 334. Принципиальная схема запуска двухимпульсного декатрона.

индикаторных катодов, дш— нулевой индикаторный ка­ тод, К — ключ сброса.

гораздо быстрее, и поэтому можно существенно сократить длитель­ ность запускающих импульсов. Уменьшение расстояния между катодами в двухимпульсных декатронах невозможно, так как при постоянном (не импульсном!) напряжении разряд на одном инди­ каторном катоде устойчиво горит лишь в том случае, если рассто­ яние между катодами достаточно велико. Схема включения декатрона приведена на рис. 335. Кроме выводов от группы индикаторных катодов и от первой, второй и третьей групп пере­ дающих катодов, отдельный вывод имеют нулевой индикаторный катод и передающий катод третьей группы, расположенный между девятым и нулевым индикаторными катодами. Отдельное включение этого катода обеспечивает более надежную работу прибора.

Одноимпульсный декатрон работает следующим образом. За­ пускающий отрицательный сигнал подается непосредственно (через большую емкость) на вторую группу катодов, а через небольшую

переходит с индикаторного катода на ближайший к нему передаю­ щий катод первой группы аналогично тому, как это происходит в двухимпульсных декатронах. Разряд горит до тех пор, пока не заря­ дится емкость Съ в резуль­ тате чего разность потенциа­

циала гашения разряда. Дли­ тельность запускающего им­ пульса сделана больше вре­ мени заряда емкости Сх. Поэтому к моменту гашения разряда на подкатоде первой группы разность потенциалов на ближайшем к нему под­ катоде второй группы оказы­ вается больше потенциала за­ жигания и разряд переходит на этот катод. На подкатоде второй группы разряд горит до тех пор, пока не окончится запускающий импульс, а за­ тем переходит на передающий

катод третьей группы, потенциал которого к моменту начала раз­ ряда равен нулю. После зарядки емкости С2 разряд с этого катода переходит на ближайший индикаторный катод. Таким образом, при приходе одного запускающего импульса разряд через три передаю­ щих катода переходит на следующий индикаторный катод — схема зарегистрировала очередной сигнал.

§7. Математическое дополнение

1.Поправки на мертвое время счетчиков и электронной аппара­ туры. Во время импульса, связанного с регистрацией частицы, и некоторое время после импульса счетчики Гейгера и электронная аппаратура оказываются нечувствительными к регистрации следу­ ющих частиц. При пренебрежении периодом неполной чувствитель­ ности принято делить время работы счетчика на два периода — ра­ бочий период и период мертвого времени. Частицы, прошедшие через счетчик в течение мертвого времени установки, остаются несосчитанными, так что число зарегистрированных частиц ока­ зывается преуменьшенным. В показания счетчиков должны быть поэтому внесены поправки на мертвое время.

Пусть установка за время измерений t зарегистрировала N событий. Обозначим через т мертвое время установки после им­