下载文档原格式
「实验四单道脉冲幅度分析器」实验四：单道脉冲幅度分析器引言：脉冲信号是一种电信号，它的特点是0~1的时间内朝一个方向猛冲，然后立即返回原点，这个过程类似于周期性冲击。
脉冲信号广泛应用于许多领域，如通信、雷达、生物医学等。
因此，对脉冲信号进行分析和处理是十分重要的。
单道脉冲幅度分析器是一种常用的仪器，用于测量和分析脉冲信号的幅度。
本实验通过搭建实验电路，使用单道脉冲幅度分析器对脉冲信号进行幅度分析，以加深对脉冲信号的了解和认识。
一、实验目的：1.学会使用单道脉冲幅度分析器对脉冲信号进行幅度分析；2.了解脉冲信号的特点和测量方法；3.实验掌握脉冲信号的测量原理和技术。
二、实验原理：1.单道脉冲幅度分析器的基本原理单道脉冲幅度分析器是一种根据输入信号的幅度分析其脉冲幅度的仪器。
其基本原理是将输入信号与参考电平进行比较，通过多级放大和滤波处理后输出一个直流电压，该直流电压与脉冲信号的幅度成正比。
2.脉冲信号的特点脉冲信号是一种特殊的周期性信号，其特点是0~1的时间内快速向一个方向猛冲，然后立即返回原点。
脉冲信号的主要特点包括幅度、上升时间、下降时间、脉冲宽度和重复周期等。
3.单道脉冲幅度分析器的测量原理单道脉冲幅度分析器通过多级放大和滤波处理，可以将输入信号转化为与之成正比的直流电压。
具体原理如下：(1)输入信号经过输入放大电路进行放大；(2)放大后的信号经过滤波电路精细处理，去除噪声；(3)滤波后的信号经过整流电路将其转换为同频直流信号；(4)直流信号经过目标脉冲放大器进行放大，其放大倍数由用户自行设定；(5)放大后的信号经过最后的滤波和整流，得到与脉冲信号的幅度成正比的直流电压输出。
三、实验器材和仪表：1.单道脉冲幅度分析器：用于对脉冲信号进行幅度分析；2.信号发生器：用于产生脉冲信号；3.示波器：用于观察和测量脉冲信号。
四、实验步骤：1.搭建实验电路：将信号发生器的输出端与单道脉冲幅度分析器的输入端连接，将单道脉冲幅度分析器的输出端与示波器的输入端连接。
基于DSP的多道脉冲幅度分析系统硬件设计 Hardware Design of DSP Based Multi-channel Pulse Altitude Analyzer程敬海 应启戛(上海理工大学医疗器械学院，上海 200093)摘 要介绍了一种以数字信号处理器（DSP）为核心的多道脉冲幅度分析器，它能够进行核信号的采集、处理以及传输，然后经过上位机的处理实现对射线能量和强度的分析。
DSP的采用保证了信号处理的实时性。
关键词 DSP MCA A/D转换D/A转换探测器高压Abstract A DSP based multi-channel pulse altitude analyzer is described. It can offer nuclear signal acquisition, process and transmission, then implement ray energy and intensity analysis through the host computer. The use of DSP can ensure its real time signal process.Keywords DSP MCA A/D conversion Detector High voltage0 引言多道脉冲幅度分析系统（MCA）是通用的核能谱数据获取和处理仪器，用途十分广泛。
目前，我国的多道系统主要通过单片机实现对核信号的数据采集、存储、能谱显示或传入上位机作进一步的分析。
因此，基于单片机控制的MCA需要大量的外设及接口电路进行数据的存储和传输，整个系统十分复杂。
现在，随着DSP技术的发展，其高性能的数据处理能力和内部存储器以及各种功能模块，使其在处理此类分析系统时，功能更加强大，而系统的组成却更加简单。
1 系统概述1.1 系统组成系统硬件框图如图1所示。
信号通过DSP的ADC模块转化成数字量，经过串行接口RS －232与计算机进行通信，实现数字的传输和上位机对系统参数的设定。
一种多道脉冲幅度分析器的实现方案多道脉冲幅度分析器不仅能自动获取能谱数据，而且一次测量就能得到整个能谱，因此可大大减少数据采集时间，与此同时，其测量精度也显着提高。
自从20世纪50年代以来，多道脉冲幅度分析器发展迅速，现在已成为获取核能谱数据的通用仪器。
多道分析任务是将被测量的脉冲幅度范围平均分成2n个幅度间隔，然后测量幅度在每一个幅度间隔内的输入脉冲个数，最后得到输入信号的脉冲幅度分布曲线。
其测量采用的是计算机技术中的A/D模数变换及数据存储技术。
在计算机的存储器中开辟一个数据缓冲区，数据缓冲区内有2n 个计数器，每一个脉冲幅度间隔在数据缓冲区内部有一个对应的计数器。
多道脉冲幅度分析时，可在微处理器的控制下，将被分析的脉冲信号首先送往模数变换器，经A/D变换形成一个代表脉冲幅度的数字量（道址）。
然后用微处理器将该数字量变换成所对应的计数器地址。
并使该地址对应的计数器内容加一（反映该道计数加一）。
这样，经过一段时间的测量，存储器内计数器缓冲中各计数器计数的多少就可反映输入脉冲的幅度分布。
1 多道脉冲幅度分析器结构一台完整的核地球物理仪器通常可分为两部分：核辐射探测器和嵌入式系统。
而多道脉冲幅度分析器是嵌入式系统的核心部分。
多道脉冲幅度分析器一方面采集来自放大器的信号并进行模数转换，同时存储转换结果;另一方面将存储的转换结果进行数据分析，并直接显示谱线，或通过计算机接口送给计算机进行数据处理和谱线显示。
本文介绍的多道脉冲幅度分析器的设计结构框图如图1所示。
脉冲信号在通过甄别电路和控制电路时，甄别电路给出脉冲的过峰信息，并启动A/D转换。
A/D转换电路则可对脉冲信号峰值幅度进行模数转换，并将转换结果存储在片上Flash中，然后由微控制器进行相应的数据处理。
2 多道脉冲幅度分析器硬件设计2.1 脉冲线性主放大器多道脉冲幅度分析器由甄别电路、控制电路、采样保持电路、模数转换电路、ARM嵌入式系统组成，其控制核心为嵌入式系统。
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。
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。
五、数据的记录与处理3、半计数法定标器数字由990变为488V t=1.4V，V i=1.16V如附图所示。
4U I5、微分非线性U K说明：1、由计算可知，积分、微分非线性都很小，积分非线性在百分之一左右，微分非线性在百分之三左右。
这说明，微分非线性要大于积分非线性。
这是显而易见的，因为微分实验中用到了两个调节旋钮，而积分实验只用到了一个，自然其非线性要小些。
2、半计数法运用了脉冲峰值涨落遵循高斯分布的特点，半计数点位于高斯分布的峰值处，即峰值的平均值，并以此作为峰值的数值，这样做是符合高斯统计的要求的。
这种方法有效地减少了测量误差，提高了实验精度。
思考题1、如何测量单道脉冲幅度分析器的分辨时间？答：从脉冲产生器输入一定频率的脉冲信号给单道，调节甄别阈的大小，是单道处于临界触发状态，记录甄别阈的大小。
改变频率，记录对应的甄别阈，将这组数据作图，得到甄别阈随脉冲频率变化的关系图，图上可以求出阈值多大范围内漂移时单道的计数率最大，计数率最大的情况下在示波器上读出两个脉冲之间的时间间隔就是单道的分辨时间。
2、试说明输入衰减器、RS触发器、单稳态1、单稳态2、反符合电路在单道脉冲幅度分析器的中的主要作用。
答：衰减器：可以扩大单道的输入脉冲幅度范围。
RS触发器：起控制输出脉冲的作用。
单稳态1：用来成形延迟后下甄别器输出信号。
单稳态2：是进一步增宽单稳态1的信号。
反符合电路：是为了保证只有下甄别器有脉冲输出而上甄别器无脉冲输出的情况下，反符合电路才有脉冲输出电路原理图及说明：如电路原理图所示：输入信号经过1/2衰减后驾到由TI、T2晶体管组成的符合设计跟随器（这个电路的有点事输出阻抗小，输入阻抗大，双向跟随特性好。
），射极跟随器输出后分别加到由高速电压比较器UA710构成的上、下阈甄别器。
下阈甄别器输出脉冲用后沿触发由7LS123构成的单稳态电路1使输出脉冲延迟后，分别加到单稳态电路2和与非门（74LS00）的2脚，单稳态电路2输出脉冲加到由74LS00构成的RS触发器的R端，上阈甄别器输出加到RS触发器的S端，RS触发器加到与非门的1段，与非门是否输出取决于RS 触发器的输出状态。
