Спектрометрический усилитель

 

О П И С А Н И Е «i>803674

ИЗОБРЕТЕ Н ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик,нфк Я ф ,." .. е ф1

i ф =. (61) Дополнительное к авт. свпд-ву— (22) Заявлено 12.10.79 (21) 2827826/18-25 (5! ) М.Кл з 6 01 Т 1 36 с присоединением заявки— (23) Пр иор итет—

Государственный комитет по делам изобретений н огкрмтнй (43) Опубликовано 07.02.82. Бюллетень ¹ 5 (53) УДК 535.232.61 (088.8) (45) Дата опубликования описания 07.02.82 (72) Авторы изобретения

H. Ф. Школа, О. В. Игнатьев, Б. С, Иовисов, <

Ю, А. Шевченко и А. И. Коссе

Уральский ордена Трудового Красного Знамени политехнический институт им. С. М. Кирова (71) Заявитель (54) СПЕКТРОМЕТРИЧЕСКИЙ УСИЛИТЕЛЬ

Изобретение относится к ядерной радиоэлектронике и предназначено для использования в составе прецизионных спектрометров с полупроводниковыми детекторами (ППД) рентгеновского и у-диапазонов.

Известен спекрометрический усилитель, содержащий восстановитель постоянной составляющей (ВПС), предназначенный для стабилизации постоянного уровня напряжения в усилителе, а также режектор наложенных импульсов, который исключает их из амплитудного анализа(11.

Недостатком известного усилителя является то, что при увеличении быстродействия усилителя за счет уменьшения постоянной формирования происходит ухудшение энергетического разрешения.

Известен спектрометрический усилитель, содержащий последовательно соединенные линейный усилитель, линию задержки, усилительную секцию и формирователь на линии задержки, последовательно соединенные линейный пропускатель и инвертирующий RC-интегратор, последовательно соединенные линейный сумматор и спектрометрический фильтр с режектором наложений, а также схему временной привязки, вход которой соединен с выходом линейного усилителя, и логический узел, один из выходов которого соединен с входом управления линейного пропускателя (21.

Такое устройство обладает повышенным быстродействием за счет использования в спектрометрическом тракте устройства коррекции наложенных импульсов.

Недостатком известного устройства является невозможность выбора постоянных формирования компенсирующего сигнала, близких к оптимальным, что приводит к ухудшению энергетического разрсшения с ростом частоты входных сигналов, т. е. с увеличением скорости измерения.

Целью изобретения является повышение точности и скорости измерений путем увеличения энергетического разрешения для импульсов высокой входной частоты.

Поставленная цель достигается тем, что в спектрометрический усилитель, содержащий последовательно соединенные линейный усилитель, линию задержки, усилительную секцию и формирователь на линип задержки, последовательно соединенные линейный пропускатсль и инвертпрующий

RC-интегратор, последовательно соединенные линейный сумматор н спектрометрический фильтр с режектором наложений, а также схему временной привязки, вход которой соединен с выходом линейного усилиЗ0 теля, и логический узел, один из выходов

8636?4

50 которого соединен с входом управления линейного пропускателя, дополнительно введены укорачивающая цепь с компенсацией полюса нулем, времязависимый стабилизатор базовой линии, стробирусмая схема выборки, формирователь фронта импульса, вторая линия задержки и логическая с: ема

И. Выход укорачивающей цепи с компс:lсацией полюса нулем соединен со входом линейного усилителя, вход времязависимого стабилизатора базовой лишш подключен к выходу формирователя на линии за.1ержки, а 1зыход — ко входу линейного пропускателя, последовательно соединенные пнвертиру ющий R С-интегратор, строб ируем а я схема выборки и формирователь фронта подключены к первому входу линейного сумматора, а управляющий вход стробируемой схемь; выборки подключен ко второму выходу логического узла, вход второй линии задержки соединен с выходом первой линии задержки, а выход — со вторым входом линейного сумматора, одп11 из входов логической схемы И соединен с выходом

-схемы временной привязки, другой вход -— с логическим выходом спектромстрического

:фильтра с рсжектором наложеш1й, а выход — со входом логического узла.

На фиг. 1 представлена стуктурная схема предлагаемого усилителя; flan фиг. 2 диаграммы, поясняющие его работу.

Устройство содержит укора 1ивающую цепь с компенсацией полюса нулем 1, линейный усилитель 2, первую линию задержки 3, усилительную секцию 4, формирователь на линии задержки 5, времязависимый стабилизатор (B3C) базовой линии 6, линейный пропускатель 7, инвсртирующий

RC-интегратор 8, стробируемую схему выборки 9, формирователь фронта импульса

10, линейный сумматор 11, спектрометрический фильтр с режектором наложения 12, вторую линию задержки 13, схему време11ной привязки (СВП) 14, логическую схему

И 15, логический узел 16.

Укорачивающая цепь с компенсацией полюса нулем 1 предназначена для дифференцирования входного экспоненциального сигнала с постоянной времени т,, равной постоянной времени интегрирования инвертирующего RC-интегратора 8. Наличие компенсации полюса нулем осуществляет согласование постоянной спада входного сигнала и исключает появление выброса обратной полярности. В линейном усилителе 2 сосредоточено основное усиление, благодаря чему осуществляется фильтрация его шумов размещенными за ним фильтрами, тем самым уменьшается уровень приведенных ко входу собственных шумов.

Схема временной привязки 14 осуществляет точную временную отметку моментов поступления на вход сигналов. На ее выходе формируется короткий импульс через интервал задержки после момента поступления г

1Î

15 o

-И

60 б5 входного сигнала, причем величина задержки не зависит от амплитуды вход. гого сип1ала СВП. Логическая схема И 15 предназначена для отбора сигналов СВП, поступающих в интерва:1е формирования спектрометрического фильтра. Линия задержки 3 задерживает сигпа»fo время задержки формирования сигналов СВП, логической схемы И 15 и логического узла 16.

Усилительная секция 4, формирователь на лгиши задержки 5, ВЗС 6, линейный пропускатель 7, инвертирующий RC-инте -ратор 8, стробируемая схема выборки 9 и формирователь фронта импульса 10 образуют канал формирования компенсирующих импульсов, в котором фильтрация fLумов осуществляется фильтром на основе линии задержки (формирователь) 5 и стробируемого RC-интегр11то;,а (линейный пропускатель 7 и инвертирующий RC-интегратор 8).

У,ч;литсльная секция 4 прсдназ1:ачсна ,l;Iff установлсш1я необходимого коэффициента передачи капала формирован11я ком снсирующих импульсов. Форм11ровзтсль на лишш задержки 5 вь полняст функцию фильтра верхних часто-. flan выхо;lc которого формируется с11г11ал прямоуго::ьной формы пз входного 11м1.ульса экспоненциалы1ой формы. 1литс.1ьность сформированного сигнала Т,. определяется временем задержки линии. ВЗС базовой линии 6 устраняет сдвиги базовой линии, обусловле11ные мсдлен11ь1м» изменениями потенциала на выходе формирователя на линии задержки. В исходном состоянии

ВЗС представляет собой дифференциру,ощую цепь с постоянной времени т1,. На интервале длительности входного сигнала постоянная цепи увеличивается на несколько порядков, что исключает искажение формы прямоугольного входного сигнала за счет дифференцирования. Нормально-закрытый линейный пропускатель 7 пропускает сигнал на выход в течение длительности управляющего импульса. Инвсртирующий RC-интегратор (является фильтром нижних частот) предназначен для интегрирования сигнала формирователя на линии задержки с постоянной времени т„, согласованной с постоянной Т, формирования фильтра верхних частот. Стробируемая схема выборки 9 предназначена для формирования сигналов интегратора с крутым передним фронтом и в исходном состоянии эквивалентна усилителю с единичным коэффициентом передачи. Импульс управлен11я запрещает передачу сигнала на выход схемы выборки в интервале его длительности, а мгновенное значение зходно"o сигнала в момент времени, соответствующий началу импульса управления, запоминается на емкости памяти. В интервале сигнала управления запомненное значение напряжения уменьшается по экспоненциальному закону с постоянной времени, равной

803674 постоя«шой времени спада входного сигнала T„. Это обеспечивает формирование наложенных сигналов экспоненциальной формы с крутыми передними фронтами. Формирователь переднего фронта 10 предназначен для формирования переднего фронта экспоненциального импульса, близкого к фронту сигнала на выходе второй линии задержки 13 (поз. 13), которая задерживает сигналы на интервале времени Т формирования импульса в канале компенсирующих импульсов. На линейном сумматоре 11 производится суммирование сигналов канала формирования компенсирующих импульсов с задержанных«и сигналами. Спектромстрическим фильтром 12 осуществляется формирование сигналов с оптимальной постоянной времени для обеспечения минимального коэффициента повышения LLóма. В. состав спектрометрического фильтра также входит режектор наложенных сигналов. Логический узел 16 обеспечивает управление узлами канала формирования компенсир) þùHх импульсов.

Усилитель работает следующим образом.

Рассмотрич поступление на вход усилителя сигнала с бесконечно крутым передним фронтом и экспоненциальным спадом в момент /, (U„HB фиг. 2), за которым в моменты t4 и t> поступают импульсы, причем их моменты поступления находятся в интервале формирования спектрометрическим фильтром 12 первого сигнала. Этот случай соответствует двукратному наложению.

Укороченные цепью с компснсацией полюса нулем 1 и усиленные импульсы, постоянная времени спада которых т„ представле ны на эпюре U,. Задержанные второй линией задержки 13 на длительность формирования в канале компенсирующих импульсов сигналы (U„) поступают на вход линейного сумматора 11. На первый импульс (t, с „) компенсирующий сигнал не вырабатывается, и этот импульс без изменений проходит на выход линейного сумматора и далее поступает на спектрометрический фильтр 12. С момента lg начинается обработка первого сигнала спектрометрическим фильтром с оптимальной постоянной вре.мени формирования. На логическом выходе фильтра формируется импульс, длительность которого равна времени обработки одиночного сигнала 1щ — t> (U,), и поступает на второй вход логической схемы И 15.

На выходе СВП 14 в моменты t,, t; и tö (U,) вырабатываются короткие сигналы временной привязки, задержанные относительно мсментов поступления сигналов на вход СВП на равные интервалы времени

tq — t>. Логи «еская схема И пропускает на выход сигналы B моменты времени 1; и (U<), так как они поступают в интервале

tio — t> обработки первого сигнала спектрометрическим фильтром и поэтому соответст5

19

1б

65 вующие им входные сигналы являются наложенными на первый. Эти сигналы запускают логический узел 16, на выходах которого (U,-, U„) в моменты tz u tq вырабатываются импульсы, управляющие узлами канала формирования компенсирующих сигналов. Из импульсов Уа экспоненциальной формы, усиленных усилительной секцией 4, на выходе формирователя на линии задержки 5 формируются прямоугольные сигналы с длительностью t — 4 = t< — t> ——

= tq — 4, определяемой установленной постоянной формирования, и поступают на

ВЗС, исключающий постоянную составляющую U . С выхода ВЗС тройка сигналов подается на линейный пропускатель 7, на вход управления которого в моменты tz u

«; поступают импульсы U„. с логического узла. Длительность этих импульсов равна длительности сигналов, сформированных формирователем 5, поэтому входные сигналы в интервалах t — t и tz — tz неискаженными пропускаются линейным пропускателем и поступают на вход инвертирующего

RC-интегратора. В интервале длительности входных сигналов емкость ичтегратора заряжается (tq — tq, tg — ts, Un) с постоянной т„, а в промежутках между сигналами разряжается с той же постоянной. Сформированные сигналы экспоненциальной формы отличаются от сигналов в точке d наличием фронта в интервалах t — tq u tg — 4. Для дальнейшей формировки они поступают «а стробируемую схему выборки 9. В интервале t< † на входе управления последней действует логический импульс U, закрывающий схему выборки. Сигнал на ее выходе U, появляется в момент времени tq и имеет крутой передний фронт и экспоненциальный спад. В момент ts на вход схемы выборки поступает следующий сигнал с интегратора, а на вход управления — логический импульс длительностью tg — ts, и схема закрывается. Поскольку предыдущий экспоненциальный сигнал к моменту ls не окончился, то на емкости памяти стробируемой схемы запоминается значение этого сигнала в момент 1 и в интервале 1 — 1 емкость памяти разряжается с постоянной времени, равной постоянной спада входного сигнала т,. В момент tg схема открывается и формируется крутой перепад второго наложенного экспоненциального сигнала. Ампл««тудные значения сигналов на выходе и входе стробируемой схемы выборки равны.

Сигналы U, со схемы выборки, пропущенные через формирователь переднего фронта

10, имеют длительность фронта, близкую к длительности фронта сигналов, прошедших через вторую линию задержки. Величина задержки этой линии выбрана равной

tq — 4, поэтому моменты прихода наложенны.; сигналов с выхода линии задежки совпадают с началом сформированных импульсов, длительности фронтов их близки и им803674 и) льсы kf)iefoT pa«irt>te rrocrok.пныс criада (т = т,.) . .Изменение((! коэффициента усиления усилительной секции 4 достигастся равенство амплитуд сигналов, 0.(но«рсмснно пришсдших на входы линейного сумматора

11. Поскольку полярности с?!Гнало(3 разные, To Hx cУxf)fHPoBa1IEfe;j2cT P(.зУ.>!»1;!ч, 6, IH«кий к нулю. Тем самым наложснныс на псрвый импульс с(п.палы полносп>ю 1

)рисутс!«уст первый из вхо,!ной тройк:! сигнал, cl(()PPCKTHPQI3 f IIIII ill QT на. l 0?K(I! I .É (U >,) ., 1аппь(й сигнал обрабатывастся как ojlfпочньш после ующим ф(»п>гро». Шумовой вклад канала формирова компенсирующих н)(п;.;П>сов умсншпсн Ввс.(снис)! (j)!)pxfffРОВ;П!И 51 C IIOCTO?f f!!(hi v(H, ОТ (1>! а ЮП(и)1(!С 5(О оптимальной Б 3 — 5 раз. Если пнтсрвал мсжду пср«ь(м и вторым вхо",íû)!è clfi f1: !;1."!и — лliоо Iteжду 1!аложснными E,— — (1 ОкаЗЫ«асГГСЯ МСНЬШЕIМ JinlfTCËÛ(0 Tfi фОР vltlPОВ 2 и И Я > 6 < 5 K O:v f II (. f (C 2 Ö f f O f f f f 0 à 0 C k f I н (1 .l а, T 0

KO (ПСП 22Ц?151 OTC v TCTB>(CT> И

?Iсклlо >а!Отся режсKTopo)t наложснпй, «хоJ5IIIJ,им B CIIeKI pO:!IeTpk1>ICCKH1! ((fLIhTp 12.

Пр!(пост? плсниеl f32 Бхо 0 (и ИО I lfol 0 си(ч(ала в момент ti, отлпчис в работс схсмы закл(очастся В то:5(, ч О .:!ОГEI Iсский узс;1 не запускается сигналом СВП, липсйпый проп" сKатсль 7 ОсTастся 3 fкр1>1ть!.,1, 1 О

EfCK JI0 t2cT формированltc 1<03(1)cffcupyfoiftcr(3 сигнала.

Таким образом, использо«анис в спсктрометрическом усилителе, злов коррекп:(и паложспиЙ 110BbIL!IacT часто Гу с Ic;(01)ания

BhIxo;jHbix сиГналОВ, нсиска?ксн?(ых на 10)l((ниямп, т. е. увелеичиваст сго быстродсйствие. Применение в каналс формнро«анпя компенсирующих сигналов фильтра i. 2 осНОВе ЛЕН(ИИ ЗадСр?КК?1 И CTp00ffpJ, C. vi()ÃO

RC-knrTcrpaTopa 1r 2()AcKTfiB1ro! о !?р()мяз;1висимого стабилизатора умсш,шаст (IJ

CPaB11CI!ИЕI С ?f:JÂCCÃffÛ >I ) СТРОЕ(СТБОМ) Иfy)(0вой Бклa;I этого канала в процсссс формпРОВ2НИЯ СКОРРСКТИРОБВННОГО ffivtflf, ЛЬС;1

CnCKTPO v(CTPkrной постоянной врсмени, что улу:нниаст энергетическое разрсшсние прп t:»(соко(! ч2стотc поступлefluя Входиhi. сllГН(1;(ОВ.

Формула изобретения

Спектрометрический усилитс,п>, со:rcp?K2LjjHH последовательно сосдинсншыс линейный усилитель, линию задср:кки, усили 1 (. . 1 ь I I 10 с с к! j k i ю 11 ф О р м и р О В а т (л ь H 2 л и 11 и и

:3f1,1 pi!(Kli, iIOC.1c;jOI3aTC. If>IIO C0c;jHJfCE(ffhte л и (сй и ы и пропускатсль и ппвсртпрующий.

RC-и!Ггсг ) 1!Ор> послс,!оватсльно сос jèící(П>;,! И Нсll fi t>f?, СУ. >:!! ВТОР И Cif(К(РОЗ(С f PkfТР С РС?КСКТОРО. >1 . 12ЛОЖСНИЙ, а Г 1(f K(cxc > 13РсмсннОЙ IIPli!)513KB, Lxo;1 Ko-i0p0 сос,п нсп с Б Äxo;j()м л !»c!«ioro уси10 Л. ." (,! 1, I! . (ОГi(>ICCI(ff f >, BC 1, Одk! ff "3 «! JXOТОР

K(1 ОРОГО СОС, !II! I(.!I С ВXO;JOМ ) JI!)2!)ЛСНИЯ линейного пропуcK2Tcля, от л п . а 10 .и и йС Я C I, !О, С 1, С Ihio ПОБЫШСНИЯ ТО IIIOCTki И скорости измсрений, в него ввсдсны укора15 чп«2101Ц251 IicIIb с Ko)tneffcafjkfcff Iio:(юса н)<Г! !>l, 13 >С)15!;3(f«uckl >11>!Й C 1 аб ll J J«32TOp базовои, .l! fill!I, с! робпрус:;!ая схема Выборки, фОр-!

irp<)«апгсль фронта импу.п са, вторая .ru!l«ÿ

:3," cр. х к и ll,".OÃJ! Ice!(2 H схс:>: а И, при см Вь(20 ход укорачивающей цепи с ксмпсш апией О OC:1 fl, !" 1 C<:C ин(. и СО (3XU;>0 vr J! I;IСЙНОГО М ll, fiTC, J я, «ХО,! L>pe. >!5!За«НСИ "(ОГО С> 2бИ,!;1«(1 0;);f б".«013011 illflE!!1 !!О,(K. I! (Сп К Вьlходу формироватс:151 П2 линии задсржки, 2

Выход — ко «хо(у лппсйного нропускателя, последог>атсльно сосдиненныс ш(всртиру(о (ци! 7v (и!(тс< .)(!Top, строб(! р см25! схсА(2

«ы(юрки It форм !розатель фронта подклюv!(!If>l ((I!(P(30 vf) ВХОД > ЛИНСППОГО С> )(),: 21 ОРа, а УПРВВЛSНOЩИЙ ВХОД CTPOO(IPye .5(01! Cxe," f hI f3J!()0PKlf kl0,3К.1IО lси КО 13T(fi)0 v."v БЫХО (V лог,!чсского узла. вxo;r, r>1 орой линии заДСР)К(>П Co(! !пп if (!31>!ХО;(О. >(1IC )Holi;JklI(HH залс1?жки, а ВыхОд — co BTophlм Bxo;, Ом ли35 псин(;! О смхl )! а Гоpfl, 0:(ин ki:3 !3;ОДОВ л ОГичсской! С..смы 1; с;н;! Iilfclf с В((хо;!Ом схемы

«;)схlс(пlой !1PHB5121(H, ДР"ГОЙ ВКОД вЂ” с .тОГи (с «iì i>ыходом спсктромстрпчсского (! и,, h I j);f c 1)fс>кск 1 Орo.".1 на;lожспиЙ, а Bbi

40 хо,! Го «.«

° 1Сто:f if!I(ll п(1(1)ор)1:.1 1 и !>)ИНЯТ!>1 Ио

<> (l!,1,!111((11)1! э:vсl(cРтll:3(;

1 (:ал <и;! С. A. »;Ip. Прик:12;jffaH сflcfc(iio).;С l pi!5! с !!O.lупро(30 (пикoff»1)!kr;jeT(кторами. М., Лтомиздат, 1974, с. 83.

2 . 3 1. 131;,t, 1 Ма))10(!х, D, Kohl er.

1:liJ)),nctfîn 01 Pulse Р!1сцр Distortion in

1хпс!0((г Ha()121ion Spectra. Х((!С1 1пз1Г. and ,Чс?11. !9()<3, р. 221- -280 (прототип).

803674

t Z 3 5 Б ся

V я;и

Гос-яппIåët В. Недопекпн

Рсдяк- гр И, Гохфельд Тсхрсд Л. Куклина Корректор С. Файн

Заказ 25 33 11 я. М 104 Тпрякк 718 Подписное

НПО «Поиск> Государственного комитета ГГГР пп лелям ияо6ретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Рязанская няб.. д. 4/5

Тип. Харви. фил. пред. «Патент>