核电子单道脉冲幅度分析器
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实验三 线性脉冲放大器一、实验目的1、掌握线性脉冲放大器的工作原理;2、通过实验掌握线性脉冲放大器的主要指标的测量方法。
二、实验内容1、放大器第三放大单元的测试;2、BH1218线性脉冲放大器主要指标的测量。
三、实验原理图3-1 BH1218型线性放大器结构框图电路原理:本实验采用BH1218型线性脉冲放大器,整个放大器是由输入极性转换,一次极-零相消的微分电路,四级放大电路,三级积分电路和基线恢复器等组成,结构框图如图3-1所示。
BH1218型线性脉冲放大器的电路原理图如图3-2所示。
输入信号首先经过极-零相消的微分电路,微分时间常数分0、s μ5.0、s μ1、s μ2、s μ3、s μ4、s μ5、s μ6八档由开关2K 进行选择,极-零补偿可由调节1RV 的值实现,从而可消除具有指数衰减后沿信号经微分后所产生的信号的下冲部分,使后接的放大单元能正常工作。
微分后的信号经极性转换开关1K 加到由运算放大器1A (LF357)构成的第一放大级,输入为负信号时从1A 的反相输入端输入,放大单元反向输入时的放大倍数取决于9R 、11R 的值;输入为正信号时从1A 的同相输入端输入,放大单元同向输入时的放大倍数取决于12R 、13R 、9R 、11R 的值。
不论输入的信号极性是正还是负,本级均输出正极性信号。
第二放大级由运算放大器2A (LF357)构成同相放大级,由整机的放大倍数粗调开关的位置决定本级是否接入电路,在整机放大倍数较小时,第一级放大的信号直接进入第三放大级,本放大级不起作用;在整机的放大倍数较大时,第一级放大的信号经本放大级放大后进入第三放大级,使整机的放大倍数提高。
第三放大级由运算放大器3A (LM318)构成反相放大级,本放大级的原理如图3-3,前级的信号经增益粗调开关3K 进入该放大单元,由原理图可看出,将27R 和2RV 接入反馈回路的电阻之和看做2F R ,反相输入端的电阻23R 、24R 、25R 之和看做1F R ,则本级的闭环放大倍数为 123F F R R A -= 增益粗调开关3K 的位置不同,1F R 的值不同,增益细调电位器的位置不同,2F R 的值不同,因此调节3K 和2RV 均可改变本级的放大倍数,整机的放大倍数是各放大级放大倍数之积,因此就改变了整机的放大倍数,也就是放大器增益粗调和细调的原理。
1.说明:核辐射探测器辐射探测器是将入射射线的信息(能量、强度、种类等)转换成电信号或其它易测量信号的转换器,即传感器或换能器。
是用来对核辐射和粒子的微观现象,进行观看和研究的传感器件﹑装置或材料。
2.核辐射探测的要紧内容有哪些?辐射探测的要紧内容有:记录入射粒子的数量(射线强度),测定射线的种类,确信射线的能量等。
应用要求不同,探测的内容可能不同,利用的辐射探测器也可能不同。
3.常见的核辐射探测器按工作原理可分成哪几类?常见的辐射探测器,按工作原理可分成以下几类:①利用射线通过物质产生的电离现象做成的辐射探测器,例如,电离室、半导体探测器等。
②利用射线通过物质产生荧光现象做成的探测器,例如,闪烁计数器。
③利用辐射损伤现象做成的探测器,例如,径迹探测器。
④利用射线与物质作用产生的其他现象,例如,热释光探测器。
⑤利用射线对某些物质的核反映、或彼此碰撞产生易于探测的次级粒子做成的探测器,例如,中子计数管。
⑥利用其他原理做成的辐射探测器。
4.闪烁计数器由哪几个部份组成?答:闪烁计数器由闪烁体和光电倍增管等组成。
5.核辐射探测器输出的脉冲,其哪些参量与射线强弱、能量大小有着什么样的定性关系?入射射线强时,单位时刻内产生的脉冲数就多一些;入射粒子能量大时,产生的光子就多,脉冲幅度就大一些,从这些情形即可测知射线的强度与能量。
6.对用作核辐射探测器的闪烁体有哪些要求?①闪烁体应该有较大的阻止本领,如此才能使入射粒子在闪烁体中损耗较多的能量,使其更多地转换为光能,发出较亮的闪光。
为此,闪烁体的密度及原子序数大一些对测量γ射线是适合的。
②闪烁体应有较大的发光效率(也称转换效率)。
③闪烁体对自己发出的光应该是透明的,如此,闪烁体射出的光子能够大部份(或全数)穿过闪烁体,抵达其后的光电倍增管的阴极上,产生更多的光电子。
④闪烁体的发光时刻应该尽可能短。
闪烁体的发光时刻越短,它的时刻分辨能力也就越强,在必然时刻距离内,能够观测的现象也就更多,能够幸免信号的重叠。
核仪器课程设计单道脉冲幅度分析器设计与仿真二零一二年六月题目:单道脉冲幅度分析器的设计与仿真时间:6月11日-6月28日地点:南区寝室4321设计任务:采用软件multisim进行单道脉冲幅度分析器的设计与仿真,实现单道脉冲分析器的基本功能。
一、设计的目的与要求(一)设计目的1、通过Multisim的电路设计,学会应用Multisim进行电路设计与仿真;2、对《核电子学与核辐射仪器》所学内容有更进一步的理解,加深印象,使所学知识得以巩固和提高;3、全面掌握核电子学各模块电路的设计,实现设计、模拟仿真的技术环节,提高分析问题解决问题的能力;4、增强动手能力,培养严肃认真、一丝不苟、实事求是、不畏艰辛的工作素质,为今后从事技术工作奠定坚实的基础。
(二)设计要求1、掌握Multisim电子设计与仿真软件的使用方法;2、掌握单道脉冲幅度分析器的工作机理;3、完成使用Multisim对单道脉冲幅度分析器的电路设计与仿真;4、通过仿真基本实现单道脉冲幅度分析器的功能。
二、设计方法与原理(一)方法1、熟悉单道脉冲幅度分析器的主要部分有参考电压运算器、上下甄别器、反符合电路等几个部分组成2、分析工作过程,参考电压运算器调节电压,为后续上下甄别器提供上下甄别电压界定,然后信号经由上下甄别器完成我们所关注的信号选取,再经过反符合电路将信号进行优化以得到所需要的合适的信号脉冲波形。
(二)原理1、基本原理框图右图2、信号由v1进入,由上甄别器界定甄别电压上阈值,由下甄别器甄别下甄别阈值,当输入信号电压处于上阈值和下阈值之间是,信号被接收,然后继续向下传递,否则均不能进行进一步的传递,即后续电路没有波形的出现。
其基本原理可表示如右图:3、参考电压运算器我们采用如右图所示电路:参考电压运算器是由上、下两路运算放大器组成的加法器及精密的参考电压源构成。
RW1和RW2用于调节输入电压,通过调节RW1和RW2调节单道脉冲幅度分析器的下甄别阈和道宽。
1、名词解释:核电子学:物理学、核科学与技术、电子科学与技术、计算机科学与技术等相结合而形成的一门交叉学科。
核辐射探测器:利用辐射在气体、液体或固体中引起的电离、激发效应或其它物理、化学变化进行辐射探测的器件称为辐射探测器。
核仪器:是指用于核辐射产生或测量的一类仪器的统称。
能量-电荷转换系数:设辐射粒子在探测器中损失的能量为E,探测器产生的电子电荷数为N,则N/E称为探测器的能量-电荷转换系数θ。
θ=N/E能量线性:定义:是指探测器产生的离子对数平均值和所需消耗的粒子能量之间的线性程度。
探测器的稳定性:探测器中能量-电荷转换系数在环境温度T和电源电压V变化时的稳定性。
核电子学电路的稳定性:核电子学电路中能量-电荷转换系数在环境温度T和电源电压V变化时的稳定性。
信噪比:信号幅度与噪声均方根值之比冲击函数:系统函数:H(s)=Uo(s)/Ui(s)极点:系统函数中使分母为零的点零点:系统函数中使分子为零的点有源滤波器:将RC积分网络接在放大器的反馈回路里,就构成有源积分电路,或称为有源滤波器。
积分谱:改变阈电压U T,测量到相应的大于U T的脉冲数N(U T),得到N(U T) - U T 分布曲线,得到的就是积分谱微分谱:从阈电压U Tn上的脉冲计数减去阈电压U Tn+1上的计数就可得到阈电压上间隔ΔU=U Tn-U Tn+1中的计数ΔN。
ΔN和U T的关系曲线,就是脉冲幅度分布曲线(微分谱)仪器谱:仪器实测得的能谱脉冲幅度分布谱:积分谱和微分谱道宽:Uw=Uu - U L > 0时间移动:输入脉冲的幅度和波形的变化引起定时电路输出脉冲定时时刻的移动时间晃动:系统的噪声和探测器信号的统计涨落引起的定时时刻的涨落时间漂移:元件老化、环境温度或电源电压变化(属于慢变化)引起的定时误差慢定时:μs量级的定时快定时:p s量级的定时(还有ns的说法)自然γ全谱:用仪器测得的,能量在及时keV-2.62MeV的自然γ仪器谱。
核医学技术中级职称考试:2021第三章核医学仪器真题模拟及答案(5)1、放射性计数的统计规律,本底对样品测量有何影影响?()(单选题)A. 本底统计涨落与样品计数的统计涨落相互抵消,使样品净计数率误差为0B. 增加样品总计数,提高探测效率C. 降低样品净计数率的误差D. 增大样品净计数率的误差E. 增加样品总计数,减低探测效率试题答案:D2、下列不是引起伪像的原因的是()。
(单选题)A. 脏器功能异常导致的影像异常B. 采集能量设置错误C. 衣物或皮肤放射性污染D. 金属物品引起的图像改变E. 错误的放射性药物试题答案:A3、当样品的活度逐渐增大时,仪器测得的计数率增加与样品活度的增加不成比例。
在超过最大计数率之后,测得的计数率反而减少。
这种现象与仪器的何种性能有关?()(单选题)A. 探测效率B. 能量分辨率C. 空间分辨率D. 计数率特性E. 固有分辨率试题答案:D4、下面方法可以测定细胞周期的是()。
(单选题)A. 放射自显影B. 放射免疫分析C. 细胞活性测定D. 受体放射分析E. 脏器显像技术试题答案:A5、对于可疑的热区,应如何进行鉴别?()(单选题)A. 用铅皮屏蔽热区后再采集B. 重新注射显像剂后再采集C. 除去疑有污染的物品或清洗皮肤后再采集D. 隔日后重做E. 对热区部位进行定量分析试题答案:C6、个人剂量笔探测射线的依据是()。
(单选题)A. 康普顿散射B. 电离作用C. 感光效应D. 荧光现象E. 光电效应试题答案:B7、使用治疗量γ放射性药物的患者床边多大范围内应划为临时控制区?()(单选题)A. 2.0mB. 0.5mC. 1.5mD. 1.0mE. 3.0m试题答案:C8、早期显像和延迟显像的时间分割点是()。
(单选题)A. 4小时B. 2小时C. 3小时D. 2.5小时E. 5小时试题答案:B9、关于SPECT的原理,下列不是由投影重建断层的方法的是()。
(单选题)A. 最大似然-期望值最大化(MENL)B. 分部积分法C. 傅立叶变换法D. 迭代法E. 滤波反投影法试题答案:B10、SPECT显像最适宜的γ射线能量是()。
核电子学复习整理第一章一、名词解释探测效率:探测器探测到的粒子数与此时实际入射到探测器中的粒子总数的比值。
散粒噪声:(在电子器件或半导体探测器中)由于载流子产生和消失的随机涨落形成通过器件的电流的瞬时波动,或输出电压的波动,叫做散粒噪声。
分辨率:识别两个相邻的能量、时间、位置(空间)之间最小差值的能力。
(主要有能量分辨率、时间分辨率、空间分辨率)死时间校正:在监察信号的时间TIp内,如果再有信号输入都要被舍弃,因此监察时间就是堆积拒绝电路所产生的死时间。
计时电路就不应该把这个时间计入测量时间,而应从总的测量时间中扣除这个死时间得到活时间。
由测到的总计数除以活时间就是信号计数率。
这种办法称为死时间校正。
二、填空题1.核电子学是核科学与电子学相结合的产物;2.探测器按介质类型及作用机制主要分为:气体探测器、闪烁体探测器、半导体探测器;3.核电子学中主要的噪声指三类:散粒噪声、热噪声、低频噪声;4.核辐射探测器的输出信号特点是:随机分布的电荷或电流脉冲。
(时间特性、幅度上是非周期非等值的);5.功率谱密度为常数即S(W)=a的噪声为白噪声。
三、简答题1.简述核电子学的信号特点。
答:1.随机性;2.信号弱,跨度大;3.速度快。
2.简述白噪声与干扰以及两者的区别。
答:干扰:主要是指空间电磁波感应,工频交流电网的干扰,以及电源纹波干扰等外界因素。
(可在电路和工艺上予以减小或消除)噪声:是由所采用的元器件本身产生的。
(可以设法减小但无法消除)白噪声定义为功率谱密度为常数的噪声。
3.降低前置放大器噪声的措施有哪些?答:1.输入级采用低频噪声器件;2.低温运行;3.减少冷电容Cs;4.反馈电阻Rf和探测器负载电阻RD选用低噪声电阻,阻值一般在109欧~1020欧左右。
除此之外,用滤波网络来限制频带宽度,也可进一步抑制噪声。
4.构成核电子学的测量系统的三部分是哪些?答:1.模拟信号获取和处理,2.模数变换,3.数据的获取和处理三个部分5.简述前置放大器的作用。
实验四单道脉冲幅度分析器一、实验目的1、熟悉单道脉冲幅度分析器的工作原理2、掌握单道脉冲幅度分析器的甄别阈及道宽线的测量方法3、了解测量单道分析器分辨时间的方法。
二、实验仪器与装置:1、NIM机箱和电源一套2、BH1219型单道脉冲分析器一台3、TDS1210型示波器一台4、BH1220定标器插件一个5、FH—442型滑移精密幅度脉冲发生器一台6、MFS—70A型双脉冲信号发生器一台7、EDM-82B型数字万用表一个三、预习要求1、参考核电子学,掌握单道脉冲幅度分析器的工作原理。
1、对照FH—1008A单道脉冲分析器熟悉仪器结构。
四、电路原理单道脉冲幅度分析器要求只有输入脉冲幅度落入给定的电压(阈电平)范围(V U—V L)之内时,才输出逻辑脉冲。
而输入脉冲幅度小于V L或大于V U时皆无输出脉冲。
单道脉冲幅度分析器组成框图如图4-1,共由6部分组示。
电路原理图如图4-2。
其中电压比较器用LM710,响应速度快(40ns),放大倍数高(1000V/V)。
图4-1 单道脉冲幅度分析器原理框图(1) 输入衰减及双向输入由于比较器的最大输入电压范围为±5V ,而一般放大器的满量程输出电压为10V 。
为了达到满量程10V 的分析范围,在单道中引入了一个二比一衰减器,它由LM318型双端输入的差值单运算放大器构成。
正的输入信号由电阻R32、R33分压,LM318的3脚和2脚为Vi/3,6脚输出为(Vi/3)/10*15=Vi/2;负的输入信号经R34输入到LM318的反向端,LM318的3脚和2脚为虚地,电压为0,输出信号为-Vi/2。
(2) 基线恢复器作用是保证单道分析器能在高计数率输入信号下,不因基线偏移而产生明显的谱线移动。
它由T 3和T 4和T 1和T 2组成,T 3,T4是一个发射极公用一个电阻R 39的电流源,T 1,T 2组成互补晶体管的怀特射极输出器,具有很高的输入阻抗,很低的输出阻抗和良好的线性,整个电路构成很深的直流负反馈,因此静态工作点很稳定。
第一章1.1 核电子学与一般电子学的不同在哪里?以核探测器输出信号的特点来说明。
在核辐射测量中,最基本的特点是它的统计特性、非周期性、非等值性,核电子学分析这种信号,经处理得到有用的信息。
1.4 当探测器输出等效电流源/0()t o i t I e τ-=时,求此电流脉冲在探测器输出回路上的输出波形并讨论R 0C 0<<τ的情况。
V 0(s) = I 0(s)·[R 0∥(1/sc)]= I 0[1/(s+1/τ)]·[R 0(1/sc 0)/( R 0+(1/sc 0)) =( I 0/ c 0)·{1/[(s+1/τ) (s+1/ R 0 c 0)]}∴当R 0 c 0<<τ时,τ-R 0 c 0≈τ∴1.5 如图,设,求输出电压V(t)。
1.6 表示系统的噪声性能有哪几种方法?各有什么意义?输入端的噪声电压是否就是等效噪声电压?为什么?ENV ENC ENN ENE η(FWHM)NE不是1.7 设探测器反向漏电流I D =10-8A ,后级电路频宽为1MHz,计算散粒噪声相应的方根值和相对于I D 的比值。
115.6610A -==⨯=35.6610DI -=⨯=1.8 试计算常温下(设T=300K )5M Ω电阻上相应的均方根噪声电压值(同样设频宽为1MHz ),并与1MHz 能量在20pF 电容上的输出幅值作比较。
52.8810V -===⨯∵212E CV =∴0.126V V ==1.9求单个矩形脉冲f (t )通过低通滤波器,RC=T ,RC=5T ,及RC=T/5,时的波形及频谱。
1.10 电路中,若输入电压信号V i(t)=δ(t),求输出电压信号V0(t),并画出波形图,其中A=1为隔离用。
t1.12 设一系统的噪声功率谱密度为2222()//i S a b c ωωω=++,当此噪声通过下图电路后,求A 点与B 点的噪声功率谱密度与噪声均方值。
《核辐射探测器与核电子学》期末考试复习题一、填空题(20分,每小题2分)1.α粒子与物质相互作用的形式主要有以下两种:激发、电离2.γ射线与物质相互作用的主要形式有以下三种:康普顿散射、光电效应、形成电子对3.β射线与物质相互作用的主要形式有以下四种:激发、电离、形成离子对、形成电子-空穴对、轫致辐射4.由NaI(Tl)组成的闪烁计数器,分辨时间约为:几μs;G-M计数管的分辨时间大约为:一百μs。
5.电离室、正比计数管、G-M计数管输出的脉冲信号幅度与入射射线的能量成正比。
6.半导体探测器比气体探测器的能量分辨率高,是因为:其体积更小、其密度更大、其电离能更低、其在低温下工作使其性能稳定、气体探测器有放大作用而使其输出的脉冲幅度离散性增大7.由ZnS(Ag)组成的闪烁计数器,一般用来探测α射线的强度8.由NaI(Tl)组成的闪烁计数器,一般用来探测γ、X 射线的能量、强度、能量和强度9.电离室一般用来探测α、β、γ、X、重带电粒子射线的能量、强度、能量和强度。
10.正比计数管一般用来探测β、γ、X 射线的能量11.G-M计数管一般用来探测α、β、γ、X 射线的强度12.金硅面垒型半导体探测器一般用来探测α射线的能量、强度、能量和强度13.Si(Li)半导体探测器一般用来探测α、β、γ、X射线的能量、强度、能量和强度14.HPGe半导体探测器一般用来探测α、β、γ、X、带电粒子、重带电粒子射线的能量15.对高能γ射线的探测效率则主要取决于探测器的有效体积16.对低能γ射线的探测效率则主要取决于“窗”的吸收17.G-M计数管的输出信号幅度与工作电压无关。
18.前置放大器的类型主要分为以下三种:电压型、电流型、电荷灵敏型19.前置放大器的两个主要作用是:提高信-噪比、阻抗匹配。
20.谱仪放大器的两个主要作用是:信号放大、脉冲成形21.滤波成效电路主要作用是:抑制噪声、改造脉冲波形以满足后续测量电路的要求22.微分电路主要作用是:使输入信号的宽度变窄和隔离低频信号23.积分电路主要作用是:使输入信号的上升沿变缓和过滤高频噪声24.单道脉冲幅度分析器作用是:选择幅度在上下甄别阈之间的信号25.多道脉冲幅度分析器的道数(M)指的是:多道道脉冲幅度分析器的分辨率26.谱仪放大器的线性指标包括:积分非线性INL、微分非线性DNL二、名词解释及计算题(10分,每小题5分)1.能量分辨率: 表征γ射线谱仪对能量相近的γ射线分辨本领的参数,可用全能峰的半高宽度FWHM或相对半高宽度表示2.探测效率:定义为探测器输出信号数量(脉冲数)与入射到探测器(表面)的粒子数之比3.仪器谱:由仪器(探测器)探测(响应)入射射线而输出的脉冲幅度分布图,是一连续谱4.能谱:脉冲幅度经能量刻度后就可以得到计数率5.全能峰:入射粒子以各种作用方式(一次或多次)将全部能量消耗在探测器内而形成的仪器谱峰6.逃逸峰:若光电效应在靠近晶体表面处发生,则X射线可能逸出晶体,相应的脉冲幅度所对应的能量将比入射光子能量小,这种脉冲所形成的峰称为全能峰7. 特征峰:许多放射源本身具有特征X 射线它们在能谱上形成的峰为特征X 射线峰8. 分辨时间:第一个脉冲开始到第二个脉冲幅度恢复到Vd 的时间,该时间内探测器无法记录下进入计数管的粒子9. 死时间:入射粒子进入计数管引起放电后,形成了正离子鞘,使阳极周围的电场削弱,终止了放电。
实验一NaI(Tl)单晶γ闪烁谱仪和γ能谱的测量引言γ射线是原子核衰变或裂变时放出的辐射,本质上它是一种能量比可见光X 射线高得多的电磁辐射。
利用γ射线和物质相互作用的规律,人们设计和制造了多种类型的探测器。
闪射探测器就是其中之一。
它是利用某些物质在射线作用下发光的特性来探测射线的仪器,既能测量射线的强度,也能测量射线的能量,在核物理研究和放射性同位素测量中得到广泛的应用。
本实验介绍一种常用的γ射线测量仪器:NaI(Tl)单晶γ闪烁谱仪。
实验目的⑴了解γ闪烁谱仪的原理和结构,掌握用谱仪测γ能谱的方法;⑵鉴定谱仪的基本性能,如能量分辨率、线性等。
⑶了解核电子学仪器的数据采集、记录方法和数据处理原理。
实验原理一、γ射线与物质相互作用的一般特性γ射线与物质的作用过程可以看作γ光子与物质中原子或分子碰撞而损失能量的过程。
主要的相互作用有光电效应、康普顿效应和电子对效应三种方式。
⑴光电效应.当入射γ光子与物质原子中的束缚电子作用时, γ光子把能量全部转移给某个电子,使它脱离原子的束缚变成自由电子,而γ光子本身消失掉,这种过程称为光电效应。
⑵康普顿效应. γ光子与原子的外层电子发生非弹性碰撞,一部分能量转移给电子使它脱离原子成为反冲电子,光子的能量减少了,变成闪烁光子γ',这种过程称为康普顿效应。
⑶电子对效应.当γ光子的能量大于2m0c2(m0c2=0.511MeV为电子的静止能量),即大于1.022MeV时, γ光子在原子核的库仑场作用下可能转化为一个正电子和一个负电子,这个过程称为电子对效应。
反过来,当电子在物质中耗尽动能时,便与物质中的轨道电子发生正负电子湮没,同时产生两个能量各为0.511MeV 的γ光子。
这三种效应产生的次级电子在NaI(Tl)晶体中产生闪烁发光如下图所示,表1表一、γ射线在NaI(Tl)闪烁体中相互作用的基本过程基本过程 次级电子获得的能量T1)光电效应 T=E -E (该层电子结合能) 由于单能γ射线所产生的这三种次级电子能量各不相同,甚至对康普顿效应是连续的,同此相应一种单能γ射线,闪烁探头输出的脉冲幅度谱也是连续的。
核仪器课程设计
题目:
改进实验讲义上单道脉冲幅度分析器
学生姓名:
班级:
学号:
指导教师:
二零一二年六月
改进实验讲义上单道脉冲幅度分析器
一、课程设计说明时间:2012年6月11日
Multisim使用介绍:2012年6月12日
设计时间:2012.06.11-2012.06.28
上交设计报告:2012年6月28日
二、设计地点:核电子实验室与寝室
三、设计任务:以课本的理论为基础,到网上或图书馆查找相关资料,寻找自己感兴趣的电路进行模仿设计,设计完成后再进行相关的仿真测试。
四、设计目的:通过用Multisim软件设计电路,对《核电子学与核仪器》所学内容更进一步的理解,加深印象,使所学知识得以巩固和提高,全面掌握单道脉冲幅度分析器各模块电路的设计,实现设计、模拟仿真及调试,提高分析问题和解决问题的能力;培养我们的电路调试能力动手实践能力。
五、设计要求:
1、熟练掌握Multisim软件的使用方法;
2、掌握单道脉冲幅度分析器电路的工作原理;
3、能够用Multisim完成电路图的设计;
4、基本掌握使用Multisim进行模拟仿真。
六、单道脉冲幅度分析器电路原理:
单道脉冲幅度分析器(图1)包括两个甄别器,一个叫上甄别器,甄别阀用V上表示;另一个叫下甄别器,甄别阀用V下表示;上、
下甄别阀之差称为道宽,用ΔV表示,即:ΔV = V上– V下;除了两个甄别器外,还有一个反符合电路。
当信号V in<V下时分析器无脉冲输出,V in> V上时分析器无脉冲输出,V下<V in<V上分析器有脉冲输出(如图2所示)。
图1 单道脉冲幅度分析器结构框图
图2 单道脉冲幅度分析器工作原理图
6.1、参考电压运算器
参考电压运算器由上下两个运算放大器组成的加法器,减法器以及精密的参考电压源构成,如下图所示。
两个稳定稳压二极管提供稳定的参考电压,经过两路多圈精密的电位器分别提供阈值中心的参考电压(V T)和道宽的参考电压(V W),加法器输出电压上甄别阈值:V H=1/2(V T + V W);减法器输出电压为下甄别阈V L =1/2(V T- V W ),故道宽为V W ,可以看出:在对称调节道宽时,上阈V H 和下阈V L 的变化大小相等、方向相反,而且保持道宽中心(1/2 V T)不变;在道宽调整好调节阈中心时,只需改变V T
,没测完一道内的计数后,需要手动调节多圈精密电位器,使道中心阈电平由(1/2V)升高到下一道阈中心(1/2V + V W),直至测量完所有道内的计数。
图3参考电压运算器电路图
6.2、上、下甄别器
如下图所示,该电路板的上、下甄别阈由两个相同的集成电路脉冲幅度分析器组成。
上、下阈电压由前面的参考电压运算器提供,分别加到脉冲幅度分析器的同相端。
当输入脉冲信号幅度超过上或下甄别器的阈压时,该甄别器由高电平转为低电平。
6.3、反符合电路
其工作过程为:
(1)当V I < V L 时,L和H都是低电平,显然与门输出为零。
(2)当V L < V I < V H 时,H为低电平,H非为高电平,即双稳态清零端为高电平,V3 维持高电平不变,与门开放;而L的下降沿触发单稳输出正脉冲,经与门输出。
(3)当V I > V H 时,H、L都有正脉冲输出,如果直接将上、下甄别电路输入脉冲进行反符合处理,由于脉冲上升时间和下降时间存在,将会发生甄别
错误。
此电路用非H的前沿将双稳态电路清零,保证在单稳态电路输出脉冲之前将与门关闭,而用单稳态电路输出正脉冲V I 的后沿将双稳态电路触发翻转,使V3 回到高电平状态,与门重新开放。
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七、Multisim仿真测试
Multisim是一种虚拟的电子工作平台,在电子技术界广为应用,是目前世界上最先进的计算机仿真设计软件。
其特点是:图形界面操作易学易用,快捷方便,真实准确,使用Multisim可实现大部分硬件电路实验的功能。
电子工作平台的设计实验工作区犹如一块“面包板”,在上面可建立各种电路进行仿真实验。
电子工作平台的器件库可为用户提供多种常用的模拟和数字器件,设计和实验时可任意调用。
虚拟器件在仿真时可设定为理想和实际模式,有的虚拟器件还可直观显示。
电子工作平台还具有强大的分析功能,可进行直流工作点分析,暂态和稳态分析,高版本的Multisim还可进行傅里叶变换分析、噪声及失真度分析等。
在Multisim电子平台上操作,就像在电子实验室用真实的电子器件进行电子实验一样清除、明白。
八、实验步骤:
1、查找文献资料并设计出框图。
2、查找各部分电路并了解各部分的功能,我们知道单道脉冲幅度分析器由参考电压运算器+上、下甄别阈+反符合电路三大部分组成,其中各个部分都有多种实现方式。
3、在Multisim中画出电路图。
4、调试改进后的单道脉冲幅度分析器电路图。
5、首先,将Rw1调到20%的位置,将Rw2调到90%的位置。
6、用万用表测量26点和20点,电压分别为1.5V和4.5V.
7、用信号发生器从23点输入频率为5kHz电压分别为1V、3V、5V的三角波;
8、用示波器分别在点23点、29点、点13,最后74LS08J(U8A)记作点Z观察输出结果。
在我们的实验讲义上的原理图如下所示:
根据在图书馆查阅的文献资料,我们发现反符合电路有多种实现方
案。
这里我们将讲义上后面一段反符合电路图改装成在文献资料中查到的。
我们用一个数电中学过的555定时器+747N芯片就能实现反符合的功能,省去了实验讲义上RS触发器、与门、非门等繁琐易出错的问题,改装后的原理图如下所示:
九、信号源输入分别为1V(小于下甄别阈)、3V(大于下甄别阈,小于上甄别阈)、5V(大于上甄别阈)
最后程序运行的结果如下:
1、电压为1V时
23点、29点、13点、Z点的输出结果:
1、电压为3V时
23点、29点、13点、Z点的输出结果:
2、电压为5V时
23点、29点、13点、Z点的输出:
实验结果分析:由实验输出结果可知,小于下甄别阈的1V电压和大于上甄别阈的5V电压最后都没有输出,只有3V(大于下甄别阈,小于上甄别阈)时才有输出结果,基本实现了单道脉冲幅度分析器的功能。
同时,我还对实验讲义上的电路图进行了模拟仿真,刚开始并没有结果输出,发现我们的实验讲义上最后的总电路图有点小小的问题,不过原理完全没错,最后问题也被我们发现了。
十、实验心得体会:
在本次核电子学课程设计过程中我主要负责用Multisim软件设计电路图,调试以及仿真过程。
经过整整一周的时间,由于这个软件我们以前从未接触过,所以必须从头学起,我先是在网上下了一个视频教程,看了三四遍之后我才开始模拟着画一些简单的电路图。
慢慢的,我发现这和老师以前要我们做的作业用Protel99画电路图很相似。
通过这次课程设计我深深认识到想学好核电子这门课的艰辛和不易。
当我在电脑前坐了一整天却仍然没有调试出任何结果的时候,我有点灰心,也想过放弃,特别是瞪了一天的电脑后,眼睛冒出眼泪的时候。
但是,由于一股不怕辛苦的毅力和年轻人的干劲使我最终还是坚持了下来,最终顺利完成了本次课程设计。
同时,我也深刻认识到自己的不足,我的电路分析能力欠缺,做事不够仔细,使得仿真过程中出现不少问题。
在以后的学习过程中,我必须强化自己的理论学习,同时提高自己的动手能力,为以后的工作打下坚实的基础。