实验五 定时甄别器实验

实验五 定时甄别器实验 05原子核物理 谷铁 实验目的 1、了解甄别电路的工作原理。 2、掌握定时甄别器的使用方法。 3、了解不同定时甄别电路的性能特点。 实验仪器 NIM机箱及其电源、数字示波器、定时甄别器、精密脉冲产生器、延时器、噪声信号发生器。 实验电路原理简述 定时甄别器是核物理测量中用于时间检出的基本的单元电路。本实验以定时甄别器插件为实验对象，整个线路用恒比定时方法，由低阈甄别器、过零甄别电路、符合门、窄脉冲成形电路、宽度成形电路、电平转换及驱动电路组成，其组成方块图见图5-1。线路通过选择开关可置于前沿定时或置于恒比定时。当选择恒比定时时，低阈甄别器的输出信号就是定时输出脉冲；当选择恒必定时时，过零甄别器的输出信号作为定时输出，低阈甄别器的输出信号是符合门的开门信号，只有当符合门打开时定时器才有输出。 低阈甄别器是由两个射极跟随器与J301构成。由于J301为ECL电平组件，输入端必须加以电平匹配，两个射极跟随器就是为此而加入的，它不但起到电平匹配的作用，而且为阈零点调节提供了方便。甄别器的核心部分是J301,它是包含三个差分放大器的ECL组件，将这三个差分放大器串成链式具有一定放大倍数，并加入正反馈，就构成了具有快速甄别特性的低阈甄别器。只要输入端信号稍大于阈电压，就会在14端和15端产生两个互补的输出方波脉冲，阈电压的调节由低阈调节电位器实现。 过零甄别器电路包括衰减器、延迟器和过零甄别器，由36Ω和16.6Ω构成，f=0.3的比例衰减器，延迟则由外接的50Ω波阻抗的射频电缆担任，选择合适的延迟时间可使电路称为恒必定时或者ARC定时。过零甄别器也是由J301构成。延迟路和衰减路信号分别加至J301第一级的正相输入和反相输入端混合相加产生过零脉冲。并在J301进行电压比较，在过零时刻过零甄别输出定时脉冲，过零甄别器的零阈调节是通过调节过零电位器改变放大器的平衡状态，使其直流输出发生变化，从而决定过零甄别器输入端10的电位高低。当V0=V10时电路处于平衡状态，零阈调节是否妥当，对定时误差大小影响很大，因此在实际应用中应根据情况反复调节，以期得到最小的时间晃动。 符合门是用或/或非门电路构成，当低阈甄别器输出脉冲与过零甄别器输出脉冲在时间上符合时，符合门输出定时脉冲，这样就可以避免噪声信号的干扰造成的乱触发。窄脉冲成形电路是由单D触发器连接成单稳态电路工作，将输入信号成形为幅度、宽度恒定的窄脉冲。 宽度成形电路由充电门、恒流源和整形电路构成，将输入的窄脉冲整形为一定宽度的方波脉冲。驱动电路和电平转换电路是为了适应ECL负载和TTL负载加入的。 当选择开关置于恒比位置时，整个定慧寺其的工作过程如下（参考图5-1）： 输入负载脉冲A，送到低阈甄别器，当脉冲幅度增长到超过阈电平时低阈甄别器被触发产生负脉冲B送至与门。同时A分两路送入过零甄别器，一路按比例f衰减送入过零甄别器反相输入端（波形反相画出C）。另一路延时t后送入过零甄别器同相输入端（波形反相画为D），两路信号相加得到过零脉冲C+D，在过零时刻t0，过零甄别器被触发产生定时脉冲CD，定时脉冲CD与低阈甄别器输出脉冲在符合门输出负脉冲（波形画为CDB），该脉冲通过选通门传输到脉冲成形级，最后产生ECL电平和TTL电平的定时输出脉冲。 图5-1 恒比定时波形图 实验内容 调节过零电位器，使过零甄别器处于最佳工作点附近，观察过零定时脉冲。 信号发生器直接输出信号和定时输出信号的时间间隔△t=32.00ns. 信号发生器输出信号上升时间一定（如0.4μs），改变输出信号的幅度（如从2到5），观测恒比和前沿定时的时间移动。 信号发生器上升时间50.00ns，VT=1.0V 前沿定时 输出信号的幅度（V） 2.5 3.0 3.5 4.0 TTL与ECL输出时间间隔(ns) 32.00 40.00 44.00 48.00 输出信号的幅度（V） 4.5 5.0 5.5 6.0 TTL与ECL输出时间间隔(ns) 52.00 52.00 52.00 56.00 恒比定时 输出信号的幅度（V） 2.5 3.0 3.5 4.0 TTL与ECL输出时间间隔(ns) 64.00 72.00 76.00 80.00 输出信号的幅度（V） 4.5 5.0 5.5 6.0 TTL与ECL输出时间间隔(ns) 84.00 88.00 88.00 88.00 ①前沿定时时间移动 ②理论上恒比定时能够消除输入信号幅度变化引起的时间移动，但所测实验数据可知仍有较大的时间移动这可能是由输入脉冲上升时间晃动以及噪声引起的。 3、信号发生器输出幅度一定时间（如3伏），改变输出脉冲的上升时间（如15ns 1μs）。观测恒比、前沿定时的时间移动。 低阈阈值VT=1.2V，信号发生器输出脉冲幅度VO=3V 信号上升时间 15ns 50ns 100ns 150ns 200ns 250ns 300ns 350ns 恒必TTL与ECL输出时间间隔(ns) 76ns 76ns 84ns 100ns 176ns 208ns 240ns 268ns 前沿TTL与ECL输出时间间隔(ns) 36ns 56ns 64ns 72ns 124ns 144ns 160ns 176ns 信号上升时间 400ns 450ns 500ns 600ns 700ns 800ns 900ns 1000ns 恒必TTL与ECL输出时间间隔(ns) 296ns 328ns 352ns 408ns 464ns 504ns 560ns 596ns 前沿TTL与ECL输出时间间隔(ns) 196ns 212ns 228ns 260ns 288ns 320ns 344ns 372ns ①输入信号上升时间上升时间变化引起前沿定时时间移动 ②输入信号上升时间上升时间变化引起恒比定时时间移动 P=VT/VO=0.4 可知由上升时间引起前沿定时时间移动和恒比定时时间移动 增加噪声信号发生器的噪声幅度，改变低阈阈值，观测定时信号的幅度。 可观测到甄别器的输出脉冲不变化。 思考题 本实验中，若定时插件输入信号的上升时间较大，幅度刚好达到低阈阈值，恒比定时将会出现问题吗？ 答：当恒比定时的低阈阈值VT=PA，（A为信号幅度，P为常数，可调节）与幅度相等时，此时P=1 ，那么通过分析（画图）可知，在过零点后将不会有脉冲出现，那么就不会触发，此时恒比定时无定时信号输出。 为什么说过零甄别器的零阈调节对定时误差影响很大？ 答：因为过零定时甄别器的零阈调节是恒比定时的关键，而恒比定时是通过对脉冲的变化，从过零点开始计时的，零阈的调节直接影响初始计时时刻，因此零阈调节对定时误差影响很大。 ECl输出 ECL驱动 TTl输出 ECL-TCL 转换 脉宽 成形 窄脉冲成形 选 通 门 CD 符合门 选通选择 倒相门 零监 倒相 C D 衰减 延迟 过零 甄别 器 低阈 甄别 器 倒相 A 阈值设定 V t A V C t V t D t C+D V t V B t V CD t V CDE _1234567891.unknown _1234567892.unknown _1234567890.unknown