实验四 单道脉冲幅度分析器
单道脉冲幅度分析器
单道脉冲幅度分析器仿真一，时间安排和地点1、课程设计说明（2学时）；2、Matlab的认识（4学时）；3、仪器的设计（4学时）；4、仪器的模拟仿真（8学时）；5、成果检查（2学时）；6、完成课程设计报告。
2012年6月12日-2012年6月28日核电子实验室（信工楼105）课程设计说明时间：2012年6月12日下午08:00-10:00Matlab使用介绍：2012年6月13日上午08:00-10:00二，设计任务此次任务是用matlab的simulink仿真我们所学的单道脉冲幅度分析器。
运用所学的知识，准确仿真出单道脉冲幅度分析器，调试出最佳状态，给出Simulink 的程序框图及输入输出波形图。
三，设计目的1，了解matlab各个功能，重点学会编程和仿真；2，学会使用simulink仿真电子电路；3，加强对单道脉冲幅度分析器的理解；4，学会怎样分析问题，解决问题。
四，设计原理及方法1，单道脉冲幅度分析器的工作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范围（V上-V下）之内，才输出逻辑脉冲。
而输入脉冲幅度小于V下或大于V上时皆无输出脉冲。
图1 单道脉冲幅度分析器工作原理图单道脉冲幅度分析器（图2）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。
图2 单道脉冲幅度分析器结构框图2,simulink简介Simulink 中的“Simu”一词表示可用于计算机仿真，而“Link”一词表示它能进行系统连接，即把一系列模块连接起来，构成复杂的系统模型。
作为MATLAB 的一个重要组成部分，Simulink由于它所具有的上述的两大功能和特色，以及所提供的可视化仿真环境、快捷简便的操作方法，而使其成为目前最受欢迎的仿真软件。
Simulink的典型模型结构Simulink的典型模型通常由三部分组成，分别是输入，状态和输出模块，输入模块提供信号源，包括信号源，信号发生器和用户自定义信号等；状态模块式被模拟的系统，是系统建模的核心；输出模块是信号显示模块，每一个系统的模型不一定要包括三个部分，也可以只包括两个或一个部分。
实验四 闪烁探测器及r能谱的单道测量教案
云南大学物理实验教学中心实验报告课程名称：普通物理实验实验项目：实验四闪烁探测器及r能谱的单道测量学生姓名：马晓娇学号：20131050137 物理科学技术学院物理系 2013 级天文菁英班专业指导老师：张远宪试验时间：2015 年 11月 6 日 13 时 00 分至 15 时 00 分实验地点：物理科学技术学院实验类型：教学 (演示□验证□综合□设计□) 学生科研□课外开放□测试□其它□一、实验目的1、了解γ 射线与物质相互作用的基本原理;2、掌握闪烁探测器的工作原理及使用方法；3、掌握能谱仪基本性能的确定;4、掌握简单γ放射源的γ能谱测量。
二、实验原理原子核由高能级向低能级跃迁时会辐射 射线，它是一种波长极短的电磁波，其能量由原子核跃迁前后的能级差来表示即：射线与物质发生相互作用则产生次级电子或能量较低的 射线，将 射线的次级电子按不同能量分别进行强度测量，从而得到 辐射强度按能量的分布，即为“能谱”。
测量能谱的装置称为“能谱仪”。
（一）γ射线与物质相互作用γ射线与物质相互作用是γ射线能量测量的基础。
γ射线与物质相互作用主要有三种效应，即光电效应、康普顿散射和电子对效应。
1、γ射线与物质相互作用。
当γ射线的能量在30MeV 以下时，最主要的相互作用方式有三种：（1） 光电效应。
γ射线的全部能量转移给原子中的束缚电子，使这些电子从原于中发射出来，γ光子本身消失。
（2）康普顿散射。
入射γ光子与原子的核外电子发生非弹性碰撞，光子的一部分能量转移给电子，使它反冲出来，而散射光子的能量和运动方向都发生了变化。
（3） 电子对效应。
γ光子与靶物质原子的原子核库仑场作用，光子转化为正-负电子对。
在光电效应中，原子吸收光子的全部能量，其中一部分消耗于光电子脱离原子束缚所需的电离能，另一部分就作为光电子的动能。
所以，释放出来的光电子的能量就是入射光子能量和该束缚电子所处的电子壳层的结合能B γ之差。
虽然有一部分能量被原子的反冲核所吸收，但这部分反冲能量与γ射线能量、光电子的能量相比可以忽略。
脉宽识别单道脉冲幅度分析器设计
高低阈值设置 ， 又有效地 降低 了系统死 时间。实验结果表明 ， 该分析 器速度快 ， 简单易用 ， 稳定性好 。 关键词 ： 脉冲幅度分 析器 ； 阈值 电压 ； 脉宽识别
中图分 类号 ： Ｔ Ｎ ７ ８ １ 文献标 志码 ： Ａ 文章编 号 ： ０ ２ ５ ８ － ０ ９ ３ ４ （ ２ ０ １ ６ ） ６ － ０ ６ ０ ７ － ０ ５
计 数 器更好 地 识别 ， 系统 还增设 了单稳 态 电路 ，
有效信号 与干扰信号之间存在 差异 的特点 ， 来 抑制干扰信号 ， 使得系统精度得 到提高 ， 在本电
路设 计 中得 到 极好 的应 用
本项 目设计了一种运用边缘触发的信号传 递方式提高计数率 ２ Ｊ ， 具有脉宽识别功能 的单 道脉冲幅度分析器 。该脉冲幅度分析器通过对 下阈计数器和上 阈计数器做逻辑运算 ， 实现单 道计 数功 能 ， 并 增 设 了脉 宽识 别功 能 ， 有 效 地防 止了干扰脉冲， 使其单道计数更加准确 。
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的设计有效消除在 阈值边沿处毛刺信号引起的 比较器误触发导致的误计 数 ， Ｄ触发器 的 Ｄ端 接高 电平 ， 复位端 接输 入信号 Ｃ Ｌ Ｋ ０ ， Ｒ Ｃ Ｏ ０作 为 Ｄ触发器 的时钟信号 ， Ａ Ｎ Ｄ ０输 出信号 即为 脉宽 识 别 信 号 。将 Ｃ Ｌ Ｋ ０和 Ｃ Ｌ Ｋ ３ 信 号 与
对脉冲进一步统一宽度 。
当输入信号“ Ｖ ｉ ” 的幅值在 阈值 内时 ， 下甄 别器输 出一个 脉冲信号“ Ｂ ” ， 通过信号识别与 锁存 电路对其进一步识别与锁存 ， 产生有效信
康普顿散射虚拟仿真实验记录数据处理报告
康普顿散射虚拟仿真实验记录数据处理报告电子对效应是高能γ射线与物质相互作用的一种过程。
当γ射线入射至物质时，其能量足够高，能够转化成正负电子对。
这些电子对在物质中相互作用，产生电离作用，并在物质中形成电子对径迹。
电子对径迹在物质中的长度与能量有关，能量越高，径迹越短。
2.康普顿散射实验原理康普顿散射实验是利用康普顿效应测量γ光子能量及微分截面与散射角的关系。
实验装置主要包括放射源、闪烁体探测器、多道分析器和电子学系统等。
放射源发出γ光子，射线与物质相互作用后发生康普顿散射，散射光子被闪烁体探测器探测，多道分析器对探测到的信号进行处理，得到γ能谱。
通过测量γ能谱中康普顿边缘的位置和形状，可以计算出散射光子的能量和微分截面与散射角的关系。
三、实验步骤1.实验前准备：检查实验装置是否正常，调整探测器位置，调节放射源距离探测器的距离，确保实验安全。
2.测量γ能谱：打开实验装置电源，打开多道分析器软件，进行能谱测量。
记录康普顿边缘的位置和形状，计算出散射光子的能量和微分截面与散射角的关系。
3.测量吸收系数：更换不同物质，测量不同能量γ射线在典型物质中的吸收系数，记录实验数据。
4.实验结束：关闭实验装置电源，整理实验数据和记录。
四、注意事项1.实验过程中要注意辐射安全，避免直接接触放射源。
2.实验装置应调整好位置，确保测量精度和安全性。
3.实验数据应认真记录和整理，避免误差产生。
4.实验结束后应及时清理实验装置，保持实验室环境整洁。
当高于1.022MeV的γ光子穿过原子核时，它会在原子核的库仑场作用下转变成一个电子和一个正电子。
其中一部分光子的能量会转变成正负电子的静止能量，而其余部分则会成为它们的动能。
被释放出的电子还能与介质产生激发、电离等作用。
而正电子在失去能量后，会与物质中的负电子相遇并相互湮灭，产生γ射线。
探测这种湮灭辐射是可靠地确定正电子产生的实验方法之一。
闪烁体探测器是一种广泛应用的电离辐射探测器，利用电离辐射在某些物质中产生的闪光来进行探测。
「实验四单道脉冲幅度分析器」
「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。
一种实用的单道脉冲幅度分析器的设计
１ 引言
核辐射探测器输出的脉冲幅度与核辐射的能量 成正比， 按脉冲幅度不同测量并计数， 从而可以得到 脉冲幅度谱（ 即能谱） 。本文介绍的单道脉冲幅度分 析器就是通过测量核信号脉冲幅度来完成能量甄别 的一种常用核仪器。该仪器与传统脉冲幅度分析器 相比， 除了在甄别电路采用了高速的电压比较器以 外， 在反符合电路方面采用了逻辑判别方式设计， 使 电路具有灵敏度高、稳定性好、故障率低的特点。
图 ４ 反符合电路原理图
图 ５ 信号逻辑关系图
Ｔｈｅ Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ａ Ｋｉｎｄ ｏｆ Ｐｒ ａｃｔｉｃａｌ Ｓｉｎｇｌｅ Ｃｈａｎｎｅｌ Ｐｕｌｓｅ Ｒａｎｇｅ Ａｎａｌｙｚｅｒ
Ｌｉｎ Ｃｈｕｎｆａｎｇ Ａｂｓｔｒ ａｃｔ： Ｔｈｉｓ ａｒｔｉｃｌｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ａ ｋｉｎｄ ｏｆ ｐｒａｃｔｉｃａｌ ｓｉｎｇｌｅ ｃｈａｎｎｅｌ ｐｕｌｓｅ ｒａｎｇｅ ａｎａｌｙｚｅｒ． Ｔｈｉｓ ａｎａｌｙｚｅｒ ｈａｓ ｓｉｍｐｌｅ ｃｉｒｃｕｉｔ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ， ｆａｓｔ ｔｉｍｅ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ａｎｄ ｇｏｏｄ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ． Ｋｅｙ ｗｏｒ ｄｓ： ｐｕｌｓｅ ｒａｎｇｅ ａｎａｌｙｚｅｒ； ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ ｖｏｌｔａｇｅ； ａｎｔｉ－ ｃｏｉｎｃｉｄｅｎｃｅ； ｃｉｒｃｕｉｔ ｄｅｓｉｇｎ．
１７
核电子学与探测技术， １９９９， （ １） ． ［ ４］ Ｍｏｔｏｒｏｌａ， Ｉｎｃ． Ｍｏｎｏｓｔａｂｌｅ Ｍｕｌｔｉｖｉｂｒａｔｏｒ， Ｄａｔａ Ｓｈｅｅｔ
ＲＥＶ ５ １９９６． ［ ５］ Ｔｅｘａｓ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ Ｉｎｃ， Ｅｘｃａｌｉｂｕｒ Ｈｉｇｈ－ Ｓｐｅｅｄ ＪＦＥＴ－
脉冲幅度甄别器实验指示书
脉冲幅度甄别器实验(编号:N1)一、实验目的对脉冲幅度信息进行甄别在核辐射测量中是极重要、极通用的技术。
而脉冲幅度甄别器在核电子学系统中是非常重要的功能电路单元之一。
要求同学通过本次实验，对脉冲幅度甄别器的性能、电路构成、参数选择、静态工作点的设置及动态工作情况等有更透彻的理解。
二、预习要求1．阅读网络学堂上的《幅度甄别器阅读材料》。
2．理论分析实验内容中输出波形并画出。
三、实验内容1． 测比较器（LM319）的Vi 与Vo 之间的关系。
电路图如图一。
（1）在面色板上插接好电路。
接通电源（确保电源数值与连接无误）。
（2）5脚先接地，测其静态工作点值。
（3）加入图所示Vi 。
用示波器同时观察并纪录Vi 与Vo 波形。
回答：① Vi 与Vo 信号分别为模拟量还是数字量？② 从示波器上读出电路的阈是多少？是否与理论值完全一致？③ 读出电路翻转需要多少时间？（4）用示波器X-Y 方式观察比较器的传输特性。
2．测脉冲幅度甄别器的Vi 与Vo 之间的关系。
电路如图二。
（1）5脚先接地，测其静态工作点值。
与理论计算值比较。
（2）加入图所Vi 。
用示波器同时观察并纪录Vi 、V+与Vo 波形。
回答：① 从示波器上读出电路的阈是多少？是否与理论完全一致？② 回差是多少？并与理论值相较。
③ 读出电路翻转需要多少时间？并与电路无反馈时的翻转时间相比较。
（3）用示波器X-Y 方式观察此电路的传输特性。
并与电路无反馈时的传输特性相比较。
3．按图三接成一个交流耦合的Schmitt 脉冲幅度甄别器，电路参数已定。
根据SchmittVo 3V 0VVo 3V 0V脉冲幅度甄别器电路的特点，自己选定合适的输入信号频率。
输入信号波形采用方波。
（1）测其静态工作点值。
（2）加入Vi 用示波器观察并纪录Vi 、V+与V o 波形。
（3）将信号源频率减小10倍、100倍特别注意观察V+处波形变化，分析其原因。
回答：交流耦合的Schmitt 脉冲幅度甄别器要求电路RC 与输入信号频率之间的关系如何？为什么？4．电路如图四。
单道脉冲分析器验证实验报告
单道脉冲幅度分析器验证实验目的：1．进一步掌握单道脉冲幅度分析器电路的工作原理；2．对单道脉冲分析器模拟仿真的电路图进行实物焊接。
3．对焊接完成的成品进行验证。
实验原理：（1）单道脉冲幅度分析器：单道脉冲幅度分析器包括两个甄别器，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<VV in> V上时分析器无脉冲输出，V下<V in<V上分下时分析器无脉冲输出，析器有脉冲输出（如图2所示）。
单道脉冲幅度分析器结构框图单道脉冲幅度分析器工作原理图（2）反符合电路其工作过程为：1.当VI < VL 时，L和H都是低电平，显然与门输出为零。
2．当VL < VI < VH 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VI > VH 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VI 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。
反符合电路原理图信号关系图（3）电压运放跟随器：电压跟随器具有很高的输入阻抗和很低的输出阻抗，是最常用的阻抗变换和匹配电路。
电压跟随器常用作电路的输入缓冲级和输出缓冲级，它实际上就是Rf=0，R1=∞，反馈系数F=l时的同相输入放大器。
电压运放跟随器实验步骤：（1）根据仿真电路图焊接电路板。
（2）将完成电路板接入电源设置上下阈值分别约为1v，0.5v。
（3）将焊接的电路板连接信号发生器与示波器进行验证。
单道脉冲分析器仿真电路图实验验证结果：1）焊接完成的电路板（1）输入信号（XCS3信号截图）与电路板对比：（2）上下阈值（由XCS1显示）（3）反符合电路甄别过程与结果（由XCS2显示）：（4）XCS5结果：（5）XCS4结果：经过验证，实际电路板与仿真结果一致，电路板焊接成功。
单道脉冲幅度分析器
单道脉冲幅度分析器实验目的1. 掌握单道脉冲幅度分析器的工作原理。
2. 掌握单道调试方法。
3. 掌握单道甄别阈、道宽线性的测量方法。
基本原理单道脉冲幅度分析器是一种对信号幅度信息进行甄别的装置， 常用来选择一定幅度范围的信号。
单道通常按功能分为两类： 1. 积分给定单道下甄别阈值为U1，当输入信号脉冲幅度没有超过给定值U1时，单道就没有输出信号；而当输入脉冲信号幅度超过给定值U1时，这样就可以测量脉冲幅度超过阈值的输入脉冲数。
下甄别阈是可调的，将下甄别阈置于另一个数值，可以得到对应的单位时间的计数即计数率。
这样下甄别阈由小到大调节，依次测量收入脉冲信号大于阈值的计数率，把计数率随甄别阈的变化作图，便可得到脉冲幅度分布图（积分谱）。
2. 微分给定单道的下限电压U1称为下阈，上限电压U2称为上阈，U1U2之差称为道宽H ，即UK=U2‐U1。
只有当输入信号脉冲的幅度介于给定的电压范围U1和U2之内时，才输出脉冲信号。
这样就可测量道宽UK 范围内的计数率。
单道脉冲幅度分析器的基本方框图如下：输入信号经过衰减器后加到上、下甄别器。
用下甄别器输出脉冲后沿触发单稳态电路输出脉容与实验数据记录处理幅度分析器与NIM 机箱连接好，熟悉电路的组成。
理的各点波形如下： 1冲延迟，当上甄别器有输出时，利用低电平RS 触发器和反符合门完成反符合电路的功能。
实验内1）通过引出电源连接线将单道脉冲2）通过示波器测量单道脉冲幅度分析器各测试点波形，掌握单道脉冲幅度分析器的工作原。
得到. 输入脉冲信号Vi2．衰减器输出波形3.下甄别器输出4.反符合输出5.反符合输入26.输出波形3）测量积分非线性将单道置于“积分”位置，设定下甄别阈阈值为U1，调整输入信号使单道处于临界触发状态，此时测出输入信号幅度Us。
U1与Us应该满足线性关系。
如果某一部分不满足线性关系就会给幅度分析带来误差，可以用|U1‐Us|/U1这一比值来表示单道的积分非线性。
基于FPGA的单道脉冲幅度分析器
在 实 际 设 计 中 ，由 于 Verilog语 言 中 不 能 在 多 个 always语句块中对同一个寄存器赋值， 所以理想设计中在信号边沿改变标志位状态仍 要引人其他中间寄存器。在本设计中使用高频 系 统 时 钟 来 检 测 上 、下 甄 别 器 输 人 到 F P G A 信 号的状态来完成对标志位的赋值。当检测到下 甄 别 器 的 输 出 为 高 电 平 时 ，将 赋 值 为 1 ， 检 测 到 上 甄 别 器 输 出 为 高 电 平 时 将 F UP赋值为 1 。同 时 在 相 应 标 志 位 已 经 被 赋 值 为 1 后 ，再检 测 到 高 电 平 时 就 不 再 执 行 赋值 操 作 。在检测到 下 甄 別 器 的 输 出 为 低 电 平 时 ，执 行 符 合 逻 辑 计 算 ，同 时将 两个标志 位重新初始 化。 由 于 F P G A 内 并 行 计 算 的 特 点 ，加 上 高 频 系 统 时 钟 的 使 用 ， 这种设计 方法与理想 中的设计差 別不大 ，由数字 反 符 合 电 路 时 序 仿 真 图 见 图 6 可 以 看 出 ，带来的 时间上的影响仅为系统 时钟的一到 两个周期 ，本 设 计 使 用 50 M 的 晶 振 ，这 个 时 间 小 于 40 ns。
收 稿 日 期 ：2019 _ 0 2 —26 作 者 简 介 ：刘 飞 （1994. 06. 20— ），男 ，河 南 白 前 人 ，硕 士 研 究 生 在 读 ，主 要 从 事 核 电 子 学 与 探 测 技 术 研 究 。
但 这 种 设 计 不 能 实 时 显 示 计 数 ，可 靠 性 较 低 。 本设计将传统单道中的反符合电路使用
甄 别 器 部 分 ，上 、下 甄 别 阈 可 以 通过 两个 电 位 器 分 别 调 整 ，方 便 用 于 不 同 幅 值 的 脉 冲 信 号 。 如 图 5 所 示 ，输 人 脉 冲 信 号 V , 经 两 个 L M 311
低死时间单道脉冲幅度分析器的设计与仿真
图 3 输入电路
甄别阈输出和过零比较器输出三者共同控制逻 辑电路的目的，必须在输入电路做出一定的补 偿。 2. 2 峰位检测电路
峰位检测电路由微分电路、过零比较电路 及若干逻辑门电路组成，如图 4 所示。其中微 分电路是由一个 LM318 通用高速运算放大器 构成的 有 源 CＲ 微 分 电 路，过 零 比 较 器 采 用 LM710 高速电压比较器，后接 ＲC 积分电路和 3 个 7400 与非门组成的简易逻辑电路。通过微 分和过零比较电路处理后的输入信号经过 ＲC 电路后会有一定延时，经反相后与未经延时的 信号同时进入第二个与非门。如果过零比较器 的输出信号是先为低电平后为高电平，此处将 输出一个负脉冲，再经过第三个与非门反相后
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避免地需要使用一些单稳态、双稳态、相加电路 以及各种触发器，这样就增加系统的死时间，影 响系统的时间响应速度等。因此要从根本上解 决死时间等问题，就需要在逻辑控制部分采用 一种完全不同的新的设计思路。
图 1 （ a） 传统单道原理框图； （ b） 传统单道工作波形图
本设计是将输入信号分上下两条线路进入 电路，如图 2 所示。上线的电路设计与传统单 道基本相同，信号经输入电路处理后分别进入 上、下甄别阈，与预设的上、下阈值电压进行比 较，输出结果进入逻辑电路。该设计的创新之 处在于增加了下线的峰位检 测 电 路［2］。当 输 入信号通过微分电路进行微分处理后，输入信 号波峰对应的微分值为零，该微分信号进入过 零比较电路即可得到一个包含输入信号波峰信 息的信号，然后将该信号送入逻辑电路。因此， 最终经过逻辑电路的输出信号是由上下甄别阈
输出一 个 正 脉 冲。 该 脉 冲 宽 度 由 积 分 电 路 的 ＲC 值决定，其值的确定一方面要考虑高频信号 下电路的工作状态，另一方面还要确保输入后 续逻辑电路的脉冲宽度不会引起逻辑错误［3］。 该简易逻辑电路排除了输入信号的其他无效的 微分值为零的点引起的错误输出，由此确保输 入信号峰值信息能够准确地进入后续逻辑电路 部分。 2. 3 逻辑电路
实验四__单道脉冲幅度分析器
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。
双脉冲在单道脉冲幅度分析器中产生的误差分析
单道脉 冲幅度分析器 （ 以下简称单 道 ） 在
核 物理 实 验 中有 非 常 重要 的应 用 ， 功 能 是 对 其
器输 出波形 进行双稳态锁存 ， 然后通过下甄别 器 输 出 的 单 稳 态 后 沿 延 时 进 行 边 沿 触 发 复
些 特殊 的情 况 会使 单 道产 生一 些错 误 的输 出 而
位 。双稳态输 出和单稳态输 出进人反符合 ， 再 经过 输 出 电路 整形 输 出 。图 ２为单道 各点 处
的典型波形 ， 可从 图中读出单道各点之间的逻
辑关系。
导致计数错误 （ 加或者减 少 ） 增 。这些 特殊信 号在核物理信号中产生的概率和对单道输出计 数 误差 的影 响 是一 个很 值 得探讨 的问题 。
冲
图 ４ 双 脉冲在单 道中各点波形 图 ２
第 二种 情 况 （ ４（ ） 下 甄 别 器 通 过 单 图 ２） ， 稳 态 时 ， 脉 冲 后 沿产 生 的单 稳态 覆 盖 了后 脉 前 冲 的后 沿 。这样 ， 脉 冲 输 出 的 宽 度 同 样 会 变 前 窄， 后脉 冲不 会 产生 输 出 。这 种 情况 ， 果 两个 如
的波 形 。
Ａ Ｂ Ｃ Ｄ Ｅ Ｆ Ｇ
一
～ 一
ｉ
ｔ
｝ ∥ ， ＆ 、 ｝ ｌ
ｌ
∥
ｌ
ｂ
ａ’ ｉ
ｂ ｛ ｃ
Ａ
Ｂ
２２ 各 种双 脉 冲通过 单道 时各点 的 波形 图 ． ２２ １两 个 分别 介于 下 阈值 和 上 阈值 之 间 的脉 ．．
核电子技术原理 (王芝英 着) 原子能出版社 部分课后答案
V0(s) = I0(s)·[R0∥(1/sc)]
= I0[1/(s+1/τ)]·[R0(1/sc0)/( R0+(1/sc0))
=( I0/ c0)·{1/[(s+1/τ) (s+1/ R0 c0)]}
∴
V0 (t)
= I0R0 1− R0C0 τ
⎛ −t ⎜⎜ e τ ⎝
t −
e − R0C0
⎞ ⎟⎟⎠
30 u
a： T1 共射极放大，T3,T4 两级共集电极放大 恒流源作负载，10μ自举电容，电压并联负反馈。
1
2
3
b：
T1 共基，T2 共射，T3 共集，T4，T5 互补复合跟随器。 1μ自举电容，电压并联负反馈。
3.5 极零相消电路和微分电路有什么区别？如何协调图示的参数，使 它能达到极零相消的目的？
∵
E
=
1 2
CV
2
∴V = 2E / C = 0.126V
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。
U
t
⎧0 V0 (t) = ⎪⎨1− e−(t+T / 2)/ RC
⎪⎩(1− e−T / RC )e−(t−T / 2) / RC
t <T/2 −T / 2 ≤ t ≤T / 2 t >T/2
（1）求 Vo(t)的一般表达式 （2）当 Cf=1pF, Rf=109Ω时，画出大致波形并与 Rf→∞时作比较。
（1）
⎛
⎞
⎛
∵VO ( s) = −Q ⎜⎜⎝ Rf
1 //
sC f
⎞Q ⎟⎟⎠ = − C f
⎜ ⎜
《脉冲幅度分析》课件
目录 CONTENT
• 引言 • 脉冲幅度分析的基本原理 • 脉冲幅度分析的方法 • 脉冲幅度分析的实验与结果 • 脉冲幅度分析的优缺点 • 脉冲幅度分析的未来发展与展望
01
引言
什么是脉冲幅度分析
脉冲幅度分析是一种信号处理 技术，用于测量和分析脉冲信 号的幅度变化。
它通过测量脉冲信号的振幅， 并将其转换为数字或模拟信号 ，以便进一步处理和分析。
脉冲幅度分析的应用领域
通信系统
在通信系统中，脉冲幅度分析可用于信号调制、解调和信号强度测量 等方面。
雷达和声呐
雷达和声呐系统使用脉冲信号来探测目标，脉冲幅度分析可用于目标 检测、距离测量和速度估计等任务。
医学成像
在医学成像领域，脉冲幅度分析可用于心电图、脑电图和超声成像等 设备的信号处理。
无损检测
应用领域拓展
生物医学工程
随着生物医学工程的发展，脉冲幅度分析将在生理信号监测、疾 病诊断和治疗等领域发挥更大的作用。
物联网
物联网技术的普及将推动脉冲幅度分析在智能家居、智能交通等领 域的应用，实现远程监控和智能控制。
工业自动化
工业自动化领域对设备的状态监测和故障诊断需求不断增长，脉冲 幅度分析将为工业设备的运行状态评估提供有力支持。
技术发展趋势
智能化
随着人工智能和机器学习技术的快速发展，脉冲幅度分析 将更加智能化，能够自动识别和分类信号，提高分析准确 性和效率。
高精度
随着测量技术和信号处理算法的改进，脉冲幅度分析的精 度将进一步提高，能够更准确地反映信号的特征和变化。
多参数分析
未来脉冲幅度分析将不仅仅局限于幅度分析，还将拓展到 频率、相位、波形等多种参数的分析，提供更全面的信号 特征信息。
脉冲幅度分析
甄别器的种类
• 脉冲幅度甄别器 • 定时甄别器
脉冲幅度甄别器的主要用途
将幅度落入在电路设定的电平范围内的输入脉 冲转换成幅度和宽度符合一定标准的脉冲输出， 剔除此电平范围之外的任何输入信号。
• • • • • 剔除噪声的干扰 进行幅度选择 脉冲幅度精密测量 能谱测量（单道分析器） 定时（前沿定时）
多道脉冲幅度分析器的组成
包括模数转换和寻址存储两个主要部分
L总道数
7 6 5 4 3 2 1 0 8 7 6 5 4 3 2 1
H 道宽 量化电平
模数转换 011 101 100 100 111 m
地址寄存器（道数）
寻址存储
n 计 数
脉冲幅度谱
0 1 2 3 4 存储地址 5 6 7 m
模数转换原理
• 线性放电法
• 比较法 – 一次直接比较法 – 逐次二进制比较法
线性放电法的原理（重点）
① + A D ② CH I ④ ⑤ T0 ④ ⑤ t t ① t ② t T ③ t
T③
S
转换时间 T Q CH V C 地址码
I I T CH m VC T0 T0 I H V TI 0 m C
2 x 1
m
m0 0
2 x 1
m m0
2x
0
加了道宽均匀器后，两道地址干扰差别只为原来地址干扰差别的 2-x倍。 m1m m 0 当x4时，由地址干扰引起的道宽不一致性就减小一个量级以上。
m 1
0
则第m道和m+1道受到的地址干扰平均值的差别为 m m 2 x m m1 2x
2x
线性放电法的特点
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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。
静态时，T 3导通电流约为247μA ，T 4，T 1，T 2的导通电流分别为100μA 、100μA 、400μA 。
当正向信号经C 28加至T 1基极时，引起T 2发射极电位降低，这使T 4导通电流增加而把T 3截止，因此，C 28通过射极输出器极高的输入阻抗充电，正向输入信号结束时，C 22开始放电，而T 1基极电位下降至静态值稍下，使T 2发射极电位高于其静态电位，T 4导通电流减小，T 3又重新导通。
T 3的集电极电流使C 22很快放电，T 1基极电位迅速恢复其静态值，因而，T 1发射极电位随即恢复至基线。
该基线恢复器输入阻抗高，传输系数十分接近于1，工作稳定，线性好。
(3) 参考电压运算器LM710电压比较器的参考电压，由两个参考电压运算放大器（LM3140）提供。
由两个串联的2DW7C 稳压管并经十圈电位器W2提供阈值电压U, W4提供道宽电压ΔU 。
U 和ΔU 加至加法器和减法器的输入端，在加法器和减法器的输出端即可分别获得上甄别和下甄别器的阈电压，开关K 2可实现道宽的对称或非对称调节。
设阈值电位器W 2中心抽头对地电压设为U ，调道宽电位器W 4中心抽头对地电压设为ΔU ，由运算放大器原理，加法器A 1输出电压U 1=2/)(U U ∆+-。
因U 和ΔU 本身为负值，所以U 1对地电压实际为正。
U 1作为上甄别器的阈电压。
在道宽非对称性调节的情况下，减法器A 2是一个有1/2衰减的倒相器，其输出电压U 2=2/U -,U 2作为下甄别器的阈电压。
道宽为U 1-U 2=2/U ∆-。
在道宽对称调节的情况下，减法器的倒相输入端加有电压U ，而其同相输入端加入电压ΔU ，这时减法器A 2的输出电压U 2=2/)(U U ∆--。
此时道宽为U U U U U U U ∆-=∆++∆+-=-)(21)(2121而在调节道宽时，U 1和U 2的变化，大小相等，方向相反，于是保持了道中心始终为2/U -。
下阈十圈电位器和道宽十圈电位器调节1圈，对应电压调节为0.5V 。
由于输入信号也通过输入衰减器也衰减了1/2，所以十圈电位器调节到1圈时，阈值电压U 1和道宽电压对应为U ∆为0.5V ,等效于对输入电压的阈值和道宽电压为1V 。
(4) 甄别器（电压比较器）上、下甄别器均采用集成比较器LM710, 加外部元件接成交流耦合施密特电路。
当输入脉冲幅度与阈电压相等时，输出电平产生跳变，跟随触发器的回差（电压）由输出分压器决定，电路回差约为50mV ,输出为负脉冲。
(5) 反符合门电路反符合门电路由双单稳态A5(74LS123)和4双输入与非门A6(74LS37)构成。
其中A6的两个与非门C、D构成的RS触发器。
静态时，成形电路的A5-13端输出为低电平，A5-12端输出为高电平，RS触发器的A6-8端输出为高电平，A6-6输出为高电平，A6-3输出为低电平。
图4-3 输入信号在高于下阈、低于上阈的反符合电路各级图4-4 输入信号在高于上阈的反符合电路各级当下甄别器被触发而上甄别器未被触发时，A4-9产生的负脉冲的上升沿将A5-2触发而使A5-13端输出为正脉冲，该正脉冲同时加到RS触发器的A6-5端和单稳态触发器的A5-9端。
在A5-9端输入正脉冲的下降沿时单稳态触发器被触发而在A5-12端输出负脉冲。
因此RS触发器的A6-8端输出为正脉冲，这样A5-13端输出的正脉冲和A6-8端输出的正脉冲经过两级与非门B、A后，A6-3输出为正脉冲，即最后产生一正的输出脉冲。
各级波形如图4-3。
当上、下甄别器均被触发时，上甄别器产生负脉冲的下降沿使RS触发器置位，A6-8端输出负脉冲，随后上甄别器产生负脉冲的上升沿到来时，RS触发器不发生翻转仍然保持负脉冲。
最后当下甄别器产生负脉冲的上升沿到来时，单稳态触发器的A5-13端输出正脉冲，在该正脉冲下降沿时刻，A5-12端输出负脉冲，同时RS触发器的A6-8端跳变为正脉冲。
A6-8端的正脉冲与A5-13端正脉冲结束后的负脉冲经过两级与非门B、A后，A6-3端输出为负脉冲，即最后没有输出信号，这样就实现了当上、下甄别器均被触发时无输出信号，最终达到反符合的目的。
各级波形图4-4。
五、实验内容及步骤1、单道分析器静态工作点的测量置单道分析器于“微分”“非对称”位置，阈值U=2V，道宽ΔU=1.0V，用数字万用表2、观察单道分析器的各级波形单道分析器的状态同上，由双脉冲发生器输出f=10kHZ,tu=2μs的正极性脉冲至单道输入端，其幅度分别为2.3V和3V。
用示波器观察两种输入幅度下A3—9，A4—9，A5—13，A5—12，A6—8，A6—3，A7—6和输出端的波形，测量其幅度及宽度并记录下来。
由工作点和波形的观测，了解单道分析器的工作原理，判断单道分析器的工作过程是否正常。
3、测量甄别阈值的积分非线性。
置单道分析器于“积分”，“非对称”位置，调节单道阈值十圈电位器刻度值Uy（一圈对应1V）如下表所示。
由精密脉冲发生器输出f=10kH Z，t u=1μs,t r=0.05μs的正极性脉冲，用示波器监测单道的输出。
改变发生器的输出脉冲幅度，逐点测出单道刚有输出（即临界触发）时的输入脉冲幅度U sr 。
对所测得的阈值的标称值（即单道阈值十圈电位器的刻度值U y ）和实际值（即U sr ）。
由测量出的实际值作直线拟合，积分非线性为计算出的实际值减直线拟合值除以最大值当中的最大者。
即用下式计算每个测量点，其最大者为积分非线性。
100%-⨯测量值直线拟合值满量程幅度4、测量道宽的微分非线性置单道于“微分”，“非对称”位置，阈值U y =2V ，道宽的值从小到大改变。
输入信号源仍用滑移一精密幅度脉冲发生器，由示波器监测单道的输出。
选择不同的道宽标称植，测出单道处于上道临界触发时的输入脉冲幅度2sr U 和处于下道临界触发时的输入脉冲幅度1sr U ，其差值△U sr =2sr U －1sr U 即为道宽的实际值。
由此可算出道宽的微分非线性，k sr 值除以U y 平均值的比值f 对刻度值进行修正，即U k 标称值乘系数f 后再计算微分非线性。
5、测量道宽标称值不变时，实际道宽值随甄别阈的变化。
道宽的测量除上述方法外，还可以用滑移脉冲计数的方法，能得到更精确的结果，下面对这种方法作一简单介绍，当滑移一精幅度脉冲发生器工作在滑移方式时，输出的是幅度呈周期性线性变化的系列脉冲。
系列脉冲的幅度由0V 线性增大到某个值U m ，再线性地减小到0，时间T 称为滑移脉冲的周期。
若滑移脉冲的频率为f ，最大幅度为U m ，则在单位时间，单位幅度的脉冲数（即脉冲分布密度）等于f/U m 。
在这个滑移周期T 内，幅度为U y →U y + U K 的脉冲数显然应为⎰⎰+⋅⋅==ky yU U U Tk mmU U T f dUdT U f N σ 即N 与幅度间隔U K 成正比，当f ，T ，U m 一定，其比例系数就确定了。
因此，当我们用单道分析器对滑移脉冲幅度进行分析，阈值选为U y ，道宽选为U k ，并用定标器对单道的输出进行计数，那么在一个滑移周期T 的时间内得到的计数值N 与道宽V k 的关系应满足上面公式，因而可以由已知的f,T ，U m 和测得的N 来确定道宽值U k 。
举例来说，若f=1KHz,T=100s,U m =10V ,U k =1V ，则定标器测得的计数值应为1000011101023=⨯⨯=N相反，若测得的计数值为15210，则可知单道分析器的道宽应为V N Tf U U mk 521.1=⋅⋅=本实验内容中测定实际道宽值就基于这种方法。
滑移脉冲发生器的滑移周期用仃表测出。
最大幅度U m =10V ，频率f=10KHz ，t u =1μs ，t r =0.05μs 。
单道分析器的道宽固定为U k =2V ，改变甄别阈值如下表所示。
用定标器测出'6、测量单道的分辩时间单道分析置“积分”方式，y U =5V 。
双脉冲发生器输出正极性双脉冲，频率f=1KHz ，宽度s t u μ2.0=，双脉冲的延长时间y t 由大到小逐渐减小。
改变发生器输出脉冲幅度，由示波器监测单道输出，测出在不同延迟时间下单道能正确分析双脉冲时所需的输入脉冲幅度，并记入下表。
将单道的输出接到定标器输入端，N 为定标器10秒的计数由此项测量可知，随着双脉冲间隔的减小，单道能正确分析双脉冲所需的超阀电压值也增大，而且当间隔减小到一定值后，再增大超阀电压值也不能出现第二个脉冲。
如果对超阀电压值不作限制，则以始终不能出现第二个脉冲时的脉冲间隔作为单道分析器的分辩时间。
试确定本单道的分辨时间是多少。