амплитудный анализатор

АМПЛИТУДНЫЙ АНАЛИЗАТОР - прибор ядерной электроники, предназначенный для исследования распределения по амплитуде импульсов, приходящих от электронных детекторов частиц. Измерение амплитудного спектра F(A), где А - амплитуда импульса (сигнала, рис. 1, а), сводится к разбиению рабочего диапазона амплитуд на M равных интервалов и регистрации импульсов с амплитудами, лежащими в этих интервалах (каналах).

Рис. 3. Преобразование амплитуды в код.

Результат такого измерения изображён на рис. 1, б, где N; - число событий, зарегистрированных в канале "i" за время измерения T:

F(A) - плотность вероятности появления импульса с амплитудой А. Величина наз. шириной i-го канала; M - число каналов А. а., обычно равное 1024, 4096 и 16384. Для идеального А. а. =const. Различают одно-и многоканальные А. а.

Рис. 1. Амплитудный спектр.

Рис. 2. Блок-схема амплитудного анализатора.

В случае одноканального А. а. последовательно задаётся значение A_i (i=l, 2, ..., M)и производится измерение числа событий в интервале амплитуд за время T для каждого г. Обычно , где А₀ - нач. амплитуда, - ширина канала одноканального А. а. (см. Амплитудный дискриминатор ).Полное время измерения спектра при этом равно М Т, т. е. в М раз больше, чем для многоканального А. а.

Многоканальный А. а. содержит аналогово-цифровой преобразователь (АЦП), регистр адреса (РА), регистр данных (РД), блок запоминающего устройства (ЗУ), блок управления, а также узлы отображения накопленных спектров и сопряжения с внеш. устройствами (рис. 2). Разрешающая способность А. а., его стабильность и диапазон измеряемых амплитуд зависят гл. обр. от АЦП. Для аналогово-цифрового преобразования используются: а) метод зарядки и линейной разрядки конденсатора (способ Вилкинсона); б) метод т. н. поразрядного уравновешивания; в) т. н. параллельный способ, где применяются М+1 схем сравнения (компараторов), комбинации этих методов.

Наибольшее быстродействие обеспечивает метод в, наилучшую линейность - а, по точности конкурируют методы а и б. Для временного отбора в АЦП предусмотрен вход стробирования. В зависимости от стоящей задачи в код преобразуется максимальное значение сигнала за время строб-импульса или его интеграл.

На рис. 3 поясняется принцип преобразования Вилкинсона. Конденсатор С заряжается до амплитудного значения входного сигнала. Далее начинается разрядка ёмкости С пост. током i_p до нулевого потенциала. Время разрядки, пропорциональное амплитуде импульса Л, заполняется импульсами т. н. тактового генератора, к-рые подсчитываются счётчиком. Кол-во п разрядов связано с числом каналов М соотношением: М=2ⁿ. Число, полученное в РА к концу преобразования, и представляет собой код амплитуды. РА определяет адрес ячейки ЗУ, к-рое имеет М ячеек по k разрядов в каждой. Это позволяет записать до 2^к-1 событий в каждый из каналов. После завершения преобразования содержимое ячейки, номер к-рой хранится в РА, записывается в регистр данных РД. К коду в РД добавляется 1, и полученный результат возвращается в ту же ячейку памяти. Т, о., память А. а. работает в режиме многоканальной пересчётной схемы, где каждому каналу поставлен в соответствие определ. интервал амплитуд.

ЗУ выполняется на ферритовых кольцах, что позволяет сохранить результат при выключении питания, или на интегральных схемах. Содержимое памяти обычно отображается на экране электронно-лучевой трубки (рис. 1, б). По горизонтали откладывается номер i канала, а по вертикали - число событий в канале Ni в нормальном или логарифмич. масштабе. Устройство управления анализатора организует режимы измерения и проверки. Т. к. время измерения сравнительно велико, необходимо учитывать т. н. мёртвое время А. а. (время нечувствительности А. а. после каждого импульса).

Для получения сопоставимых результатов разл. измерения проводятся для равных величин "живого" времени , где Т_изм равно времени измерения, J -число зарегистрированных событий, - мёртвое время при регистрации j-го события. Кроме экспозиций по "живому" времени возможны режимы измерения, при к-рых набирается заданное число событий в выбранном канале или в совокупности всех каналов. Кроме отображения данных, на электроннолучевой трубке часто результаты выводят на самописец или в ЭВМ. А. а. строятся на базе микро-ЭВМ, связанной через устройство сопряжения с АЦП. В этом случае спектрометрич. данные выводятся на внеш. устройства ЭВМ. Микро-ЭВМ даёт оператору возможность проводить коррекцию результатов анализа спектра с учётом мёртвого времени или нелинейности АЦП, вычислять интегралы числа событий в пиках, осуществлять нормировку, вычитание фона и т. д. Разрешающая способность А. а. определяется числом каналов М и формой границ между ними. Дифференц. нелинейность характеризует макс. отклонение ширины канала от ср. значения и в зависимости от используемого типа АЦП лежит в пределах 0,1-20%.

Лит.: Маталин Л. А., Чубаров С. И., Иванов А. А., Многоканальные анализаторы ядерной физики, М., 1967; Современная ядерная электроника, т. 1, М., 1974.

Ю. А. Семенов.

   <<      Предметный указатель      >>