核电子学实验组(16学时)实验指示书(2017春)

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③使输入信号幅度的大小大于上阈,重复②。
④定量调节电位器W1、W2,定量观察并定量测阈值和道宽的变化。做好记录。将调节范围与预习结果对比。
(2)、开关K转换至“对称”情况:
①观察上、下阈及道宽的变化。
②定量调节电位器W1、W2,定量观察、定量测阈值和道宽的变化,
(选做)自查故障练习。(由实验辅导老师提供故障电路)
附:①原理图见下页。
②各芯片管脚图
※NIM(Nuclear Instrument Module)标准认识NIM电源、NIM插件认识实验
对照“常用的几项NIM标准”了解实验中所用的NIM电源、单插宽BH1218线性放大器、FH1013精密脉冲发生器、单插宽FH1001线性放大器……等实物;注意观察其后面板的电源插头及前面板对电源要求的标识。
(5)记录实验结果
①所有要记录的数据和波形都要大致观察一遍变化趋势,系统正常后再仔细测定。避免浪费时间和精力
②读数前先记下测量条件。例如:测脉冲放大器入大倍数,主要的不是记下输出信号和输入信号的比值,而是要记下输入信号和输出信号的绝对幅度和极性(表示信号是否选在动态范围内)。另外,要记下信号的宽度(表示脉宽是否选得和放大器的频率适应)、频率或计数率(表示是否有不可忽略的基线偏移情况或堆积情况)。
实验二谱仪放大器(线性放大器,主放大器)
一、目的:
了解谱仪放大器的主要特性,掌握其增益、成形、过载和噪声等特性的测试方法并付诸实测。
二、BH1218谱仪放大器简介:
1.理论准备:以BH1218谱仪放大器做为实验电路。它的工作原理、简化电路请复习《核电子学》。
2.BH218谱仪放大器插件前面板图见图1。实验前请结合其性能特点大致了解面板上每个控制部件的用法,以便实验进行得较深入。
6.每次实验完毕,须经教师质疑同意签字后方可离室。做完基本内容的同学经教师同意后可做提高内容。
7.实验室内保持安静,不安排统一休息时间。
8.保持环境整洁,书包衣物存放整齐,下课前整理接线,工具,关好仪器(不必拔电源插销),放好凳子。
实验课要求
1.为什么要做核电子学实验?
同学们在课堂上学到的是核电子学的基本理论知识和实践经验。这些知识和经验大都经过了科学实验和生产实践的验证,同学们应该努力掌握。但是,对于同学们说来,这些知识还是抽象的间接经验的东西。这些东西本身有些也是对客观现象进行简化后的近似描述。要直接地具体地比较全面地认识核电子学的各种现象及其规律,并能运用这些规律着手解决实验问题,就必须亲身实践。同学们在日常生活经历里,很少看到电子线路中的现象,不熟悉电信号的传递、处理和变换规律。因此,要学习好电子学,必须进行实验。
①当将W1和W2的可动端电压分别调至-1V和-2.5V时,请确定“对称”、“不对称”两种方式下:上、下甄别阈、单道的阈及道宽各为多少?
②H、VL各自的调节范围?
(3)由74LS00与非门G1~G4和74LS02或非门G5组成了逻辑电路。请选定几个关键的测试点,根据各测试点的波形和时序,说明B点的输入信号幅度在:
(3)画好预期波形图。
每组波形应按比例画在具有同一时间坐标的方格纸上,标明坐标、单位及主要测试条件。
(4)画好数据记录表格,事先考虑好测量条件和应选取的量测点。
(二)实验
(1)了解实验设备
了解所用实验设备的型号、各调节旋扭的功能和调节范围;信号输入输出插座位置等。
(2)熟悉仪器性能
实验仪器主要分三类:供电设备(例如稳压电源)、信号产生设备(函数发生器等)、测量设备(示波器、万用表等)。因为实验现象是线路特性和仪器特性的综合表现,因而要了解仪器指标及使用要求;并在实验后按照指导教师要求,记下有关实验仪器、装置的编号,以便必要时核对数据。
(5)实测波形应认真绘制在方格纸上。(输入、输出形时间一定要对应好)
(6)所有实验结果要和理论进行比较,分析差别原因。讨论分析一定要从实际结果出发,切忌为达某一结论而修改事实。
3.在实验中要注意经济观点,勤俭节约。
实验一单道脉冲幅度分析器
一、实验目的:
单道脉冲幅度分析器是核电子学常用的幅度选择设备。“单道”运用了线性运放、电压比较器及数字逻辑电路等。通过实验,进一步训练同学查线路、调试线路的能力;通过实验,更好地掌握单道脉冲幅度分析器的原理、特性和典型应用;学习测试其性能的方法。
核电子学实验室实验规则
1.准时上下课。
2.按教师指定时间出示实验报告,未交预习报告或质量不合格者,不得进行实验。同组两人必须各自独立写实验预习报告。
3.在指定的实验桌进行实验,不得随意取用外组仪器及工具、接线等器材。
4.严格遵守仪器使用规程。未经教师许可不得动用实验室陈列仪器设备。
5.损坏仪器等应该立即报告指导教师。
3.按需要进行调节。粗调由多投开关按10、20、50、100、200、500分档调节;细调由十圈电位器线性连续调节,细调调节范围(0.5-1.5)倍,总增益由粗、细调共同决定。实际的增益应以实际测量为准。
4.极性选择开关的作用:BH1218放大器可输入正脉冲或负脉冲。对任一极性的输入脉冲,极性选择开关放于“+”时得到同相输出;放于“-”得到反相输出。正、负输出脉冲的额定值为10V。例当极性选择开关放“+”时,输入的 跳变沿对应的输出脉冲的极性为“+”脉冲。对应 输出为“负”脉冲信号。在实际实验中,因信号发生器输出为连续的矩形波,所以不可避免地有 正沿和 负沿同时存在 。所以不管极性选择开关置于“+”还是“-”,输出均有对应极性选择开关的“+”脉冲和“-”脉冲(置“+”时)或相反(置“-”时)。如下页图:
二、预习要求:
1.预习核电子学讲义中有关部分,了解单道脉冲幅度分析器的功能和技术指标,掌握其简化电路的工作原理和各处波形时序。
2.阅读实验用的“单道脉冲幅度分析器”的电路图(见后)。解答下列问题:
(1)弄清由“双电压比较器LM319”构成的上、下甄别器的工作原理,在给定的B点波形条件下,请分别画出上、下甄别器(7腿、12腿处)输出波形。[注:∵LM319高速双电压比wk.baidu.com器为开路集电极输出,∴为了让其正常工作,必须在其输出端接“上拉电阻”(图中二个12KΩ电阻)至+5V处。]
(3)调好输入信号
实验设备大都是在一定输入信号作用下运行的。输入信号是否正确常常是能否得到正确实验结果的重要前提。在进行核电子学实验时,尤其是在利用多个单元来组成实验系统时,所有输入到各单元的信号都必须经过预先测定,调到所需参数。
(4)检查测试条件
实验中所用的核电子学仪器,面板上有许多旋扭,少的几个,多的几十个。在正式测取实验数据之前,一定要仔细检查所设置的实验条件是否正确。
在实验里,同学们既要运用已学过的理论来指导实践,又要从丰富的实验现象中总结提高而扩大理论知识,还要注意学习电子学的实验技能和工作方法;在实验过程中要养成尊重事实,耐心探索,严格认真,刻苦钻研的科学作风;养成爱护实验设备,保持环境整洁的习惯。
对于没有学过《核电子学》的同学,也可以通过实验学习到一些简单核仪器的工作原理和使用方法。
③读数时要求读准到合理的有效数字。记录了的数字不要涂涂改改,欲改动时就彻底划掉重写。
④在观察和记录实验结果时,同学们要养成老老实实和理论联系实际的作风,要避免读数有一定偏向、主观谋求“与理论计算吻合”而不尊重客观实际。
(三)写报告
在做完全部实验内容后,同学们要认真进行一番总结,如果同学们在实验过程中理论和实践结合得好、工作方法科学,积累比较全面的(不是残缺不全)和合乎实际(不是错觉)的实验资料。经过一番整理分析,就不难获得更深刻更完全的核电子学知识。
(2)尤其需确定+12V、-12V、、+5V位置之所在;并记住其在接插件(四芯)上所用导线的颜色。(请查清楚线后填好颜色)
2.调好+12V、-12V、+5V三组电源,按下图方法正确接入线路中。接好后测各芯片有关电源电压,无误后再进入后边实验。
3.调电位器W1、W2,使其滑动端电位分别为“-0.5V”和“-2V”,,分别测定“324”四运放各输出端的直流电平,与估算值应一致。
4.参考预习材料中关于单道脉冲幅度分析器的内容。确定你组的关键测试点为哪几个?测试并纪录其关键点的静态工作点。与估算值应一致。
5.动态定性测量:
将信号源的频率调至90K左右,打开直流偏移钮,先将幅度钮旋至最小(逆时针到底)。将信号源的波形(思考:用其他波形可否?)作为“单道”的输入信号。[注:信号源中此时的三角波幅度与直流偏移均可调节,但需指出的是,直流偏移调节时应当小心。本实验中,注意在调节过程中,应始终保证使信号的最小瞬时值大于等于0V而小于下阈。思考:为什么强调这一点?]必须注意,信号不可过大,否则可能会损坏芯片。(例如LM319的最大差动信号为±5V,过大则会被损坏。)为避免损坏芯片,实验板上已加了衰减部分——A信号经衰减后为B信号——才做为单道真正的输入信号。
7.审查数据和波形:实验内容做完后,整理实验数据和波形。检查数据和波形是否齐全?与预习结果比较,判断其工作是否正常?最后注意的问题是:此“单道脉冲幅度分析器”实验板是否起到了选择脉冲幅度范围的作用。……最后将简洁的数据、波形交给老师,质疑认可后实验才算完成。
8.最后,有意见或建议、改进方法等请尽力提供给老师。以更好的充实内容,改进实验,使做过实验的同学有更大的收获。谢谢提意见及建议的同学。(可以任何方式提。)
(2)弄清由“LM324低功率四运放”组成的为上、下甄别器提供直流偏置电压的电路。(8腿、7腿之输出)。上、下甄别器的直流偏置电压间的组合确定单道的阈值和道宽。阈值和道宽的调节方式分为“对称”式和“不对称”式两种;由转换开关K的位置来设定。当K设定在“不对称”式时,上、下甄别阈分别为“VL+H”和VL;K设定在“对称”式时,上、下甄别阈分别为“VL+H”和“VL-H”。电压VL和H分别由电位器W2和W1来调节。问:
①小于下阈;
②大于上阈;
③在道宽内三种情况下这个单道幅度分析器的工作情况。
三、实验内容:
1.先不加电源,首先对照电路图检查实际电路。
(1)熟悉电路实验板
①找到阈、道宽调节电位器;
②找到设定“对称”、“不对称”方式的开关K;
③熟悉各芯片的位置;
④找到信号输入端;
⑤找到各波形测试点
⑥其它元器件等等。……
对实验报告的一般要求是:
(1)书写整齐,纸张大小一律用16开。
(2)预习报告(除非有更改)不必重抄指示书。但必须将用到的数据算出。
(3)数据表格要整理。
(4)实验曲线应画在方格纸上,坐标比例尺要选得合适,数据点要点得精确,并用曲线板画出合理的光滑曲线,以便于得到比较清楚的重要概念和从曲线上求出某些参量。曲线一定要标明曲线名称,测量条件,坐标轴上要标明物理量名称(符号)及单位。
6.动态定量测量:
(1)在“不对称”方式时:
①调电位器W1、W2,使其滑动端电位分别为“-0.5V”和“-2V”,用示波器观察波形的办法,直接定量测定单道的阈值和道宽。
②使输入信号的幅度大小在道宽范围内(大于下阈、小于上阈),测定上述各关键点的动态波形并详细记录之。尤其需仔细记录好各波形间的时间关系,以明确各波形的时序,与预习所画波形对照思考。为记录好波形的时序,则必须使示波器的CH1与CH2通道的波形同步。此时可用“外触发”工作方式(前已介绍)。
2.在实验各环节对同学的要求
(一)预习
在预习阶段,同学们要按实验指示书的要求理解实验目的,看懂实验任务,完成必要的计算。预习是实验的理论准备阶段,预习好坏关系整个实验的质量和效率。同学们应耐心地、认真地充分做好实验预习工作。
预习应达到下面几个具体要求:
(1)对实验结果进行了预计。
(2)选好各测试项目所需的信号参量。脉冲信号参量一般指:极性、幅度、宽度、周期、上升时间,应按各实验的具体要求进行合理的选择。
示波器Y轴输入选DC耦合方式,(思考:AC可否?)这样才能观察到输入信号的瞬时值(直流量与变化量的迭加),以便方便地用示波器直接测定单道的上阈、下阈和道宽。(提示:示波器触发方式可放“外触发”,外触发源从信号源的TTL端引入。)
做好以上各项后,将调好的输入信号加至“单道”实验板的A端,为方便后面实验读取数据,再将B端信号(A信号经衰`减后)送至示波器的Y轴(CH1或CH2)输入端。徐徐调节输入信号的幅度及直流偏置(再次强调,直流偏置应始终小于下阈!),用示波器另一Y通道(CH2或CH1)借助探针观察各关键点的波形,判断电路工作是否正常?若不正常,找出原因后将其调正常。电路正常后,增大(或减小)由电位器W1、W2设置的道宽和阈值,再对应新设置的道宽和阈值重新调节输入信号的幅度及直流偏置大小,通过观察关键点的波形定性看阈值和道宽的变化。判断其是否与你预计的情况一致?
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