【正文】 六、實(shí)驗(yàn)思考題 要提高輻射儀器的能量分辨率和計(jì)數(shù)率應(yīng)該怎樣做？。四、實(shí)驗(yàn)設(shè)備萬用表，數(shù)字示波器，NIM機(jī)箱，NaI晶體探頭，γ射線源，NIM機(jī)箱插件（按設(shè)計(jì)原理圖選擇）。在實(shí)驗(yàn)的時候，保持道寬不變，通過調(diào)節(jié)下甄別閾來獲取不同道數(shù)的計(jì)數(shù)，最后畫出ΔN與VT的關(guān)系曲線，就可得到所測輻射源的能譜。為此，設(shè)計(jì)了直接測量幅度譜的微分甄別器，即單道脈沖幅度分析器。用積分甄別器來獲取積分譜時，需要將測量的數(shù)據(jù)進(jìn)行相減計(jì)算。在實(shí)驗(yàn)過程中，可不斷升高甄別器的甄別閾VT，并記錄不同甄別閾的計(jì)數(shù)NT，所得到的VT與NT的關(guān)系就是脈沖幅度積分分布，即積分譜（圖2）。簡單的計(jì)數(shù)器主要由探測器、前置放大器、高壓、放大器和定標(biāo)器組成。 圖1 核輻射儀器框圖計(jì)數(shù)器脈沖信號計(jì)數(shù)是核電子學(xué)最基本的測量方法，也是最簡單的數(shù)據(jù)獲取工作。二、實(shí)驗(yàn)原理通常的核輻射儀器主要包括探測器、前置放大器、放大器、高壓及后續(xù)分析測量設(shè)備（圖1）。對于AD1674模數(shù)變換器，用串口線跟峰值保持器相連接，調(diào)信號發(fā)生器使得輸出f為2~5k，幅度分別為5120mV、2560mV、1280mV、200mV的三角脈沖，將信號發(fā)生器接入峰值保持器的輸入端；5. 觀察LED的顯示，并做記錄，對比它與理論的輸入電壓值的差別；四、實(shí)驗(yàn)設(shè)備直流穩(wěn)壓電源、MCA實(shí)驗(yàn)電路板、信號發(fā)生器、峰值保持器、萬用表、工具箱、示波器。其中有兩根輸出線空著，轉(zhuǎn)換輸出經(jīng)驅(qū)動點(diǎn)亮LED，亮的代表高電平1，暗的代表低電平0，十位的高低電平組成的二進(jìn)制數(shù)就是對應(yīng)的轉(zhuǎn)換值。三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟實(shí)驗(yàn)MCA板主要由AD1674(574)和幾個驅(qū)動電路及LED顯示組成，AD1674對串口信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換。GND：電源地。11~18腳：“B”信號輸入輸出端，功能與“A”端一樣。2~9腳：“A”信號輸入輸出端，A0=B0……A7=B7，A0與B0是一組，如果DIR=“1”，OE=“0”則A1輸入B1輸出，其它類同。也可以使用74HC244等其他電路，74HC244比74HC245多了鎖存器。實(shí)驗(yàn)MCA電路板在AD1674數(shù)據(jù)輸出端口后面加上了驅(qū)動器HC245。AGND/DGND：模擬/數(shù)字接地端。VEE：12V/15V模擬供電輸入。BIP OFF：雙極電壓偏移量調(diào)整端，該端在雙極輸入時可通過50Ω電阻與REF OUT端相連；在單極輸入時接模擬地。④供電電源端口REF IN：基準(zhǔn)電壓輸入端，在10V基準(zhǔn)電源上接50Ω電阻后連于此端。5V雙極輸入；20VIN：20V范圍輸入端，包括0V～20V單極輸入或177。在12位輸出格式下，DB11DB8輸出數(shù)據(jù)的高4位；在8位輸出格式下，A0為低時也可輸出數(shù)據(jù)的高4位。輸出為高時表明轉(zhuǎn)換正在進(jìn)行；輸出為低時表明轉(zhuǎn)換結(jié)束。在轉(zhuǎn)換開始時，若A0為低，則進(jìn)行12位數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換；若A0為高，則進(jìn)行周期更短的8位數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換；當(dāng)R/C=1且12/8=0時，若A0為低，則在高8位（DB4～DB11）作數(shù)據(jù)輸出；若A0為高，則在DB0～DB3和DB8～DB11作數(shù)據(jù)輸出，而DB4～DB7置零。CE：操作使能端；輸入為高時，芯片開始進(jìn)行讀/轉(zhuǎn)換操作。R/C：讀/轉(zhuǎn)換狀態(tài)輸入端。當(dāng)該端輸入為低時，數(shù)據(jù)輸出為雙8位字節(jié)；當(dāng)該端輸入為高時，數(shù)據(jù)輸出為單12位字節(jié)。AD1674的引腳按功能可分為邏輯控制端口、并行數(shù)據(jù)輸出端口、模擬信號輸入端口和電源端口四種類型。 功耗低，僅為385mW。 采用28腳密封陶瓷DIP或SOIC封裝形式。12V/177。 內(nèi)部帶有防靜電保護(hù)裝置(ESD)，放電耐壓值可達(dá)4000V；10V，0V~10V和0V~20V； 四種單極或雙極電壓輸入范圍分別為177。 %； 具有177。 采樣頻率為100kHz；(1) AD1674/AD574的基本特點(diǎn)和參數(shù)該芯片內(nèi)部自帶采樣保持器(SHA)、10伏基準(zhǔn)電壓源、時鐘源以及可和微處理器總線直接接口的暫存/三態(tài)輸出緩沖器。圖2 12位逐次比較型模數(shù)變換器原理框圖 A/D模數(shù)變換器 實(shí)驗(yàn)用A/D模數(shù)變換器有2種，分別是AD1674和AD574，它們的內(nèi)部結(jié)構(gòu)相差不大。第二次比較的標(biāo)準(zhǔn)電平為上次標(biāo)準(zhǔn)加滿量程的四分之一標(biāo)準(zhǔn)電平，若小于信號幅度，第二次標(biāo)準(zhǔn)電平通用保存下來（若標(biāo)準(zhǔn)電平大于信號幅度則不保存），進(jìn)行第三次比較，依此類推，直到所有標(biāo)準(zhǔn)電平取出來比較完全才結(jié)束。逐次比較型模數(shù)變換器利用二進(jìn)制的標(biāo)準(zhǔn)電平與輸入信號做比較。如果用12個二進(jìn)制標(biāo)準(zhǔn)電平組成4096個標(biāo)準(zhǔn)電平，每一次比較為一個標(biāo)準(zhǔn)電平，逐次進(jìn)行比較，可構(gòu)成4096道逐次比較型模數(shù)變換器。顯然，并行變換方法是速度最快的變換方法。在疊加單道分析器組成的多道分析器中，輸入信號Vi同時送到各個單道分析器中，Vi與各個單道分析器的閾電平進(jìn)行比較，當(dāng)幅度Vi處在某個單道閾電平范圍內(nèi)時就直接變換成相應(yīng)的數(shù)字量。圖1 幅度數(shù)字變換示意圖實(shí)驗(yàn)用MCA電路板的A/D轉(zhuǎn)換器為逐次比較型模數(shù)變換器，與線性放電型模數(shù)變換器比較，它有變換速度快，易于做成集成電路芯片、功耗低和價格便宜等優(yōu)點(diǎn)。用于幅度分析的模數(shù)變換器是核電子學(xué)的重要內(nèi)容。六、實(shí)驗(yàn)電路原理圖（圖8）七、實(shí)驗(yàn)思考題簡述峰值保持器在核儀器中獲取信號后的作用，分析在該實(shí)驗(yàn)中電路是如何進(jìn)行峰值保持的？圖8 峰值保持器電路實(shí)驗(yàn)5 A/D轉(zhuǎn)換電路一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 了解MCA實(shí)驗(yàn)板的電路結(jié)構(gòu)和工作原理；2. 掌握A/D轉(zhuǎn)換的過程及原理，學(xué)會計(jì)算轉(zhuǎn)換結(jié)果；3. 熟悉LED管的解法和保護(hù)電路的設(shè)計(jì)。四、實(shí)驗(yàn)步驟1. 按照電路原理圖對照實(shí)驗(yàn)電路板，熟悉調(diào)節(jié)的元器件和觀察點(diǎn)位置，并將JP跳線處于自動的位置上；2. 按要求接好峰值保持器實(shí)驗(yàn)板，接通電源；3. 調(diào)節(jié)信號發(fā)生器使其輸出為正三角波f在25KHz，幅度為3V，將信號發(fā)生器加到電路板上Vin端；4. 用示波器觀察P1P14的波形輸出。用萬用表對輸入電壓和輸出電壓進(jìn)行準(zhǔn)確測量。在t0時刻沒有信號，模擬開關(guān)K1斷開，K2導(dǎo)通，控制電路處于等待狀態(tài)，此時輸出為0；t1時刻有信號輸入，并超過甄別器的甄別閾Vset，此時K1斷開，K2斷開，模擬展寬器開始充電，輸出等于輸入；t2時刻輸入信號到達(dá)最大值，此時K1導(dǎo)通，禁止下一個正向信號通過，K2斷開，模擬展寬器開始保持電容CH上的峰值，輸出等于最大值（峰值）；t3時刻展寬到一定寬度后，延時電路給出延時控制信號，此時K1斷開，K2導(dǎo)通，電路復(fù)位，開始下一個循環(huán)。該電路最終可輸出展寬后的信號、甄別信號和峰值達(dá)峰信號等信息。實(shí)驗(yàn)中科通過調(diào)節(jié)RW2來調(diào)節(jié)延時時間。使用它可以完成對信號峰值的展寬。兩個觸發(fā)器輸出控制信號以控制模擬開關(guān)K1A和K2A的通斷。U1B的CLK端有高電平輸入時，該延時觸發(fā)器將翻轉(zhuǎn)（8腳變成低電平，9腳變成高電平），9腳的信號輸出到模擬開關(guān)K1A中作為開門信號，此時輸入信號的正半部分將不能通過P2進(jìn)入A3。圖3 模擬展寬電路控制電路控制電路用于控制和判別模擬展寬器的峰值，信號由P1輸入輸入之后，首先進(jìn)入P7，P7和P8經(jīng)過甄別器A1，用于判斷輸入信號數(shù)否為有用信號，RW1用于調(diào)節(jié)甄別器A1的甄別閾，輸入信號只有大于這個甄別閾才有輸出，此時輸出為一個高電平。二極管D2的作用是，當(dāng)輸入脈沖變成負(fù)脈沖時，該隔離放大器將變成跟隨器（即該電路只放大正脈沖，不放大負(fù)脈沖）。模擬展寬電路實(shí)驗(yàn)電路板的模擬展寬電路如圖3所示。模擬展寬器用于保持信號的峰值，所以要求它具有線性電路的特性，如輸入信號幅度范圍、線性、穩(wěn)定性等。輸入幅度小，rD大，充電速度慢。由于二極管存在非線性，其正向電阻rD是流過該管電路的函數(shù)。實(shí)際模擬展寬器電路只在脈沖峰頂被存貯電容CH上展寬到一定寬度后，就開始放電。理想情況下，CH上保持ViM不變，如圖中虛線所示。充電時間常數(shù)為(Ri+rD)CH。在圖1中由一個二極管D和一個存貯電容CH構(gòu)成最簡單的峰值保持電路。這時必須由模擬展寬器將脈沖展寬，使脈沖的峰值保持一段時間，再送入后續(xù)電路。二、實(shí)驗(yàn)原理峰值保持器又稱為模擬展寬器，它主要用于把脈沖信號的峰頂展寬。五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告編寫要求1. 分別畫出三種狀態(tài)：VinV下，V下VinV上， Vin V上各觀察點(diǎn)脈沖的波形；2. 分別對三種狀態(tài)：VinV下，V下VinV上， Vin V上下各觀察點(diǎn)的脈沖進(jìn)行分析，并與實(shí)驗(yàn)原理圖做比較，得出結(jié)果。三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟1. 按照電路的原理圖（圖7）對照實(shí)驗(yàn)電路板，熟悉調(diào)節(jié)的元器件和觀察點(diǎn)的位置；2. 按要求連接實(shí)驗(yàn)電路；3. 調(diào)節(jié)信號發(fā)生器，輸出5 kHz三角脈沖，接入Vin端；4. 調(diào)節(jié)信號發(fā)生器RWRW3，使得上甄別閥V上= 4V，下甄別閥V下 =2V；5. 由小到大調(diào)節(jié)輸入信號幅度，分別調(diào)節(jié)至下列三種狀態(tài)：VinV下，V