04第四章脉冲幅度分析

+
ui
当u+< u- =0时, uo= -UOM
R1
R2
u+=0 时翻转，可以求出上下门限电压。
R1R 2R2ui R1R 1R2Uom0
ui
R1 R2
Uom
UH
R1R 2R2ui R1R 1R2Uom0
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ui
R1 R2
UomUL
23
R
－
+
uo
+
ui
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UL
0
UH
ui
-Uom
小于回差的干扰不会引起 跳转。跳转时，正反馈加 速跳转。
分别称UH和UL上下门限电压。称(UH - UL)为回差。
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例：下行迟滞比较器的
ui
输入为正弦波时， 画出输出的波形。
UH
ui
R
－
+
uo
+
UL
ui
Uom
R1
R2
-Uom
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半计数法的依 据：脉冲幅度 分布符合高斯 分布。
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§2 单道脉冲幅度甄别器
工作原理与基本结构
Vi(t)
①
②
道宽VW上阈值 VTH ，来自UVTHVTC
道中心
VTL
VTC，VC
③
t
下阈值
VTL，VL
Vo(t)
道 宽 V WV ： TH V TL
道 中VC 心 1 2： VTH VTL
ui
R
－
+
uo
+
Uom uo
UL
0
UH
ui
R1
R2
ui
R
－
+
uo
+
UR
R1
R2
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-Uom
Uom uo
UL
0
-Uom
UH
ui
19
例：R1=10k，R2=20k ，UOM=12V， UR=9V 当输入 ui 为如图所示的波形时，画出输出 uo的波形。 ui 10V
uo
Uom
0 UL UH ui
-Uom
Uom uo
UL
0
UH ui
-Uom
26
迟滞比较器电路改进：为了稳定输出电压，可以
在输出端加上双向稳压管。
ui
R
－
+
+
R1
R2
UZ
uo
ui
R
－
+
uo
UZ
+
R1
R2
思考题：如何计算上下限？
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积分甄别器电路实例 FH1003A单道分析器中甄别 电路单元。其电路图见图。 ❖J631C为一个电压比较器， ❖R9,R10和C4构成交流反馈， 形成构成交流耦合施密特电 路。 ❖2DW7提供7V稳定电压。 ❖W2用来调节阈值。 ❖W1调节保证电路工作在施 密特触发器状态, 使 VB<VD2=V2-F(VOH-VOL) 。
ui
uo
过零附近仍 处于放大区
t t
14
3. 迟滞电压比较器 又名：施密特触发器
特点：电路中使用正反馈， 运放处于非线性状态。
一、下行迟滞比较器
1. 没加参考电压的下 行迟滞比较器
ui
R
－ +
+
uo
R1 U+ R2
参考电压由 输出电压决定
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分析
1. 因为有正反馈，所以 输出饱和。
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8
1. 单限电压比较器
一、若ui从同相端输入
ui
+
UR – + uo
uo
+Uom
ui
0
UR
UR：参考电压 ui ：被比较信号
-Uom 传输特性
特点：运放处于开环状态。
当ui > UR时 , uo = +Uom
当ui < UR时 , uo = -Uom
t t
17
2. 加上参考电压后的下行迟滞比较器
加上参考电压后的上下限：
ui R
UHR1R 1R2UomR1R 2R2UR
UR
uo
R1
ULR1R 1R2UomR1R 2R2UR
Uom
UL
0
-Uom
－
+
uo
+
R2
UH
ui
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下行迟滞比较器两种电路传输特性的比较:
2. 当uo正饱和时(uo =+UOM) ： U R1R 1R2UomUH
3. 当uo负饱和时(uo =–UOM) ：
U R1R1R2UomUL
15
UH
R1 R1 R2
Uom
UL
R1 R1 R2
Uom
ui
R
－
+
+
uo
传输特性： uo
Uom
R1
R2
当ui 增加到UH时，输出 由Uom跳变到-Uom； 当ui 减小到UL时，输出 由-Uom跳变到Uom 。
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隧道二极管（tunneldiode）甄别器
隧道二极管
基于重掺杂PN结隧道效应而制成的半导体两端器件。 隧道效应是1958年日本江崎玲於奈在研究重掺杂锗PN结时发现的，故隧 道二极管又称江崎二极管。 这一发现揭示了固体中电子隧道效应的物理原理，江崎为此而获得诺贝 尔物理学奖。 隧道二极管通常是在重掺杂 N型（或 P型）的半导体片上用快速合金工 艺形成高掺杂的PN结而制成的；其掺杂浓度必须使PN结能带图中费米能级 进入N型区的导带和P型区的价带；PN结的厚度还必须足够薄（150埃左 右），使电子能够直接从N型层穿透PN结势垒进入P型层。这样的结又称隧 道结。
uo
ui
+
+ uo
+UOM 0
ui
-UOM
+
+ uo ui
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uo
+UOM
0
ui
-UOM
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例：利用电压比较器将正
ui
弦波变为方波。
t
ui
+
+ uo
uo
+Uom
t
-Uom
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电路改进：用稳压管稳定输出电压。
符合端A 反符合端B 输出端Y
0
0
0
0
1
0
1
0
1
1
1
0
42
1. 基本结构
(1)若输入信号Vi(t)的幅度Vi<VTL 时：Vo=0，保持不变，无信号输 出。
(2)若VTL<Vi<VTH时，在输入信号 超阈期间内， A=1，B’=/B=1， Vo=1，表明有信号输出。
(3)若Vi>VTH时，A=1，B‘=/B=0， Vo=0，也无信号输出。
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P型区 耗尽区
N型区
EC
Eg
EV
EFP
EFN EC
EV
隧道二极管的主要特点是它的正向电流－电压特性具有负阻(见图)。这 种负阻是基于电子的量子力学隧道效应，所以隧道二极管开关速度达皮秒 量级,工作频率高达100吉赫。隧道二极管还具有小功耗和低噪声等特点。 隧道二极管可用于微波混频、检波（这时应适当减轻掺杂，制成反向二极 管），低噪声放大、振荡等。由于功耗小，所以适用于卫星微波设备。还 可用于超高速开关逻辑电路、触发器和存储电路等。
二、核测量中对脉冲幅度甄别器的要求
快速响应性能; 固定的和短的死时间; 高的触发灵敏度; 甄别阈足够稳定;
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脉冲幅度甄别器的技术指标:
(1)输入灵敏度: 几十毫伏左右; (2)甄别阈范围: 阈值动范围大(10mV-10V); (3)甄别阈阈值稳定性: 长时间(8h)内0.1-2mV/OC; (4)甄别阈阈值线性: 1%~0.1%; (5)甄别阈阈值涨落: 范围小,零点几毫伏到几毫伏; (6)甄别阈响应速度要快: 可用于定时（ns量级),死时间
最大计数率：150MHz； 双脉冲分辨时间： <7ns; 甄别阈：-30mV~-600mV; 输出脉冲边沿：2ns； 输出脉冲宽度：3~800ns 稳定性：0.3%/C。
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三、脉冲幅度甄别器的使用——半计数法
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全计数点 阈值
半计数点 阈值
无计数点 阈值
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产生隧道电流的条件：
（1）费米能级位于导带或价带的内部； （2）空间电荷层的宽度很窄，因而有高的隧道穿 透几率； （3）在相同的能量水平上在一侧的能带中有电子 而在另一侧的能带中有空的状态。
当结的两边均为重掺杂，从而成为简并半导体 时，（1）、（2）条件满足。外加偏压可使条件 （3）满足。
单道脉冲幅度分析器工作原理
t
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Vi（t）
上甄别器
VU=VL+VW
VL
下甄别器
反符合 输入端
符合 输入端
反符合电路
Vo（t）
反符合电路逻辑
A
Y
B
1 B’
&
反符合电路逻辑关系式:
YA B A B
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反符合电路逻辑真值表
5V 0
ui
R
－
+
uo
+
UR
R1
R2
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t
Uom uo
UL
0
-Uom
UH
ui
20
ui
R
－
+
uo
+
UR
R1
R2
首先计算上下门限电压：
UHR 1R 1R 2U om R 1R 2R 2UR1V 0
ULR 1R 1R2Uom R 1R 2R2UR2V
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若掺杂密度稍予减少，使正向隧道 电流可予忽略，电流−电压曲线则 将被改变成示于图2-13b中的情形。
这称为反向二极管。
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峰点：峰点电 压，峰点电流
谷点：谷点电 压，谷点电流
负阻区特性：
U UIR
负阻区
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I
U Uo
UUoIRo
I
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I2
vi
V—I
I1
ITD
ITD=I1+I2
放大 vo
IH=IC-IB
返回调节
I’H=ID-IB
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根据传输特性画输出波形图。
ui
ui
R
－
+
uo
10V 5V
+ UR
2V0
t
R1
R2
Uom uo
uo
+UOM
UL
UH
t
0
ui 0
-Uom
-UOM
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二、上行迟滞比较器
1. 没加参考电压的上行迟滞比较器
R
－
+
uo 当u+> u- =0 时, uo= +UOM
小。可适应高计数率工作;
(7)输出信号的幅度和宽度恒定: 与输入信号等因素无关，
适合后续测量设备如定标器，计数率计的需要。
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三、脉冲幅度甄别器电路实例
类型 二极管甄别器； 射极耦合触发器； 交流射极耦合触发器； 集成电压比较器； 隧道二极管甄别器。
脉冲幅度甄别器就是电压比较器！
uo
ui
+
uo
+
+UZ
UZ
0
ui
-UZ
电压比较器的另一种形式
——将双向稳压管接在
负反馈回路上
ui
UZ
R
+
R´
+
uo
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比较器的特点 1. 电路简单。 2. 当Ao不够大时，
输出边沿不陡。 3. 容易引入干扰。
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当uo= +UOM时：
R1R 2R2ui R1R 1R2UomUR
UHR R12UomR1R 2R2UR ULR R1 2UomR1R 2R2UR
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传输特性：
UR R
－
+
uo
+
ui
R1
R2
对照
R
－
+
+
uo
ui
R1
R2
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R1
R2
上下门限电压：
UH
R1 R2
Uom
UL
R1 R2
Uo m
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uo
Uom
UL
0
UH ui
-Uom 传输特性曲线
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2. 加上参考电压后的上行迟滞比较器
UR
R
－
+
+
ui
R1
R2
上下门限电压：
当uo= -UOM时：
uo
R1R 2R2ui R1R 1R2UomUR
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二、 若ui从反相端输入 uo
UR
+
ui
+ uo
+Uom
0
UR
ui
-Uom
当ui < UR时 , uo = +Uom 当ui >UR时 , uo = -Uom