Устройство с позиционно-чувствительными детекторами для определения координаты электронной лавины

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН К АВТОРСКОМУ ТЕЛЬСТВ Изобретение отной технике, преднколлектором, осущнальное координателектрическое деленна него электроннопользоваться в кооных детекторахпластинах. носится к измерительазначено для работы с ествляют пропорциоэлектрическое или неэие заряда поступающей й лавины и может ис- рдинатно-чувствительна микроканальных ля и вре сокое бысопределения зарядочувст- огоцифровых о для ее два а анал имеет неагаемому по ройство для тронной лаГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТПРИ ГКНТ СССР(71) Белорусский государственный университет им. В,И.Ленина(56) Авторское свидетельство СССР М 1394185, кл. 6 01 Т 1/20, 1988.РогзсЬе М. е 1 а 11, Ап аргочеб сцабгам апобе 1 аа 9 е зепзог иЙ асгосйаппе ра 1 ез. - Ицс 1 еаг 1 пзтгиаептз апб Мейобз 1 и Р 1 узсз йезеагсЬ, 1987, А 261, М 3, р.537 - 539.СЬацчес 6. е 1 аИ, 31 аре еестгопс беч 1 се аког розЮоп зепзЮче бе 1 естогз и ЧУЧ зрестгоаетгу. - Вечеч о 1 зсепТИспз 1 гааеп 1 з, 1987, ч,56, М 2, р.197 - 201.(54) УСТРОЙСТВО С ПОЗИЦИОННО-ЧУВСТВИТЕЛЬНЫМИ ДЕТЕКТОРАМИ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КООРДИНАТЫ ЭЛЕКТРОННОЙ ЛАВИНЪ57) Изобретение относится к измерительой технике, предназначено для работы с оллектором, осуществляющим пропорциоальное координате электрическое или неэИзвестен сцинтилляционный координатно-чувствительный детектор, содержащий сцинтиллятор, два ФЭУ, два Ы 1711108 А 1)5 6 01 Т 1(208, Н 0149/00 2 лектрическое деления заряда поступающей на.него электронной лавины, и может использоваться в координатно-чувствительных детекторах на микроканальных пластинах. Цель изобретения - повышение быстродействия устройства, При достижении сигналом на выходе второго операционного усилителя порогового значения запускается второй формирователь, выходным сигналом которого триггер переводится в состояние логической единицыпри этом закрывается ключ и конденсатор разряжается через преобразователь напряжение - ток. Напряжение с выхода конденсатора поступает на второй вход первого компаратора,с которым сравнивается напряжение с выхода первого операционного усилителя. При равенстве этих напряжений появляется сигнал на выходе первого компаратора, запускается первый формирователь, выходным сигналом обнуляется триггер и прекращается счет в счетчике им- Я пульсов. Таким образом, длительность импульса на выходе триггера пропорциональна координате электронной лавины, что позволяет повысить быстродействие устройства. 2 ил. интегратора, два формироват амплитудный преобразователДанный детектор имеет не тродействие.Известно устройств координаты, содержащ вительных усилителя, дв преобразователя и ЭВМ,Данное устройство сложн высокое быстродействие.Наиболее близким к предл технической сути является ус определения координаты элевины, содержащее два зарядочувствительных усилителя, два операционных усилителя, два коллйматора, два формирователя, триггер, счетчик, генератор опорной частоты, блок ввода-вывода и микропроцессор,Недостатками устройства являются высокая сложность и недостаточное быстродействие,Целью изобретения является повышение быстродействия,Поставленная цель достигается тем, что в устройство для определения координаты электронной лавины, содержащее первый и второй ззрядочувствительные усилители, входы которых являются входами устройства, источник постоянного напряжения, источник опорного напряжения, два операционных усилителя, два компаратора, два формирователя, триггер, счетчик импульсов, генератор импульсов, причем выход первого зарядочувствительного усилителя соединен с первыми входами обоих операционных усилителей, выход второго зарядочувствительного усилителясоединен с вторым входом второго операционного усилителя, выход источника постоянного напряжения соединен с вторым входом первого операционного усилителя, выход первого операционного усилителя соединен с первым входом первого компзратора, выход второго операционного усилителя соединен с первым входом второго компаратора, второй вход которого соединен с источником опорного напряжения, выход первого компаратора соединен с входом первого формирователя, выход второго компаратора соединен с входом второго формирователя, выход первого формирователя соединен с управляющим входом триггера, выход второго формирователя соединен с обнуляющими входами счетчика импульсов, выход генератора опорной частоты соединен с тактовым входом триггера и счетным входом счетчика импульсов, введены ключ, конденсатор, блок задержки и преобоазователь напряжение - ток, подключеиный входом к выходу второго операционного усилителя и выходом к второму входу первого компаратора и к первым выводам ключа и конденсатора, вторые выводы которых подсоединены к выходу источника постоянного напряжения, выход триггера подсоединен к управляющему входу ключа и входу блока задержки; выход которого соединен с входом разрешения ячета счетчика импульсов.На фиг,1 представлена функциональная схема устройства с позиционно-чувствительными детекторами для определения координаты электронной лавины; на фиг,2 -5 102030 35 временные диаграммы, поясняющие работу устройства,Устройство содержит (фиг,1) зарядочувствительные усилители 1 и 2, операционные усилители 3 и 4, источник 5 постоянного напряжения, первый компаратор 6, конденсатор 7, ключ 8, преобразователь 9 напряжение - ток, второй компаратор 10, формирователи 11 и 12, триггер 13, генератор 14 импульсов, блок 15 задержки, счетчик 16 импульсов и источник 17 опорного напряжения. Выход первого зарядочувствительного усилителя 1 соединен с первыми входами операционных усилителей 3 и 4.Выход второго зарядочувствительного усилителя 2 соединен с вторым входом второго операционного усилителя 4, а выход источника 5 постоянного напряжения - с вторым входом первого операционного усилителя 3,выход которого соединен с первым входомпервого компаратора 6. Выход второго операционного усилителя 4 соединен с первым входом второго компаратора 10, второй вход которого подключен к выходу источникз 17 опорного напряжения.Преобразователь 9 напряжение - ток подсоединен входом к выходу второго операционного усилителя 4 и выходом к второму входу первого компаратора 6 и выходуисточника 5. постоянного напряжения через конденсатор 7, шунтируемый ключом 8, управляющий вход которого соединен с выходом триггера,13.Выходы компараторов 6 и 19 соединены с выходами формирователей 11 и 12 соответственно. Выход первого формирователя 11 соединен с управляющим входом триггера 13, а выход второго формирователя 12 - с обнуляющими входами триггера 13 и счетчика 16.Выход генератора 14 соединен с тактовым входом триггера 13 и с счетным входом счетчика 16. Выход триггера 13 через блок 15 задержки соединен с входом "Разрешение счета" счетчика 16. Выходы последнего являются выходами устройства,Устройство работает следующим образом,Заряд электронной лавины, попадающей на анод, делится (электрически или "механически") на двечасти С 4 и Оь, поступающие соответственно на входы устройства. Зарядочувствительные усилители 1 и 2 преобразуют эти сигналы в зкспокенциальные напряжения (позиции 18 и 19, фиг.2) А(с) и В(т) видаА(1) - (ОМС) Ехр (-1 С),В(1) - (Оь/С) ехр (-0 ВС),5 10 15 20 253035 40 50 где Оа и Оь - части электронной лавины, поступающие на первый и второй входы устройства,А(т), В(1) - сигнал на выходе соответственно первого 1 и второго 2 зарядочувствительнцх усилителей;ВС - постоянная времени зарядочувствительного усилителя 1 и 2;С - величина емкости интегрирующего конденсатора зарядочувствительного усилителя.Ка выходе первого операционного усилителя 3 действует сигналЯз(1) = 55- В(1) = 35-(Оь/С) ехр (-ОВС), (2) где Я 5 - выходное напряжение источника 5 постоянного напряжения.На выходе второго операционного усилителя 4 сигнал 34 описывается (позиция 20, фиг,2) соотношением54(т) = Оа + Оь)/С;1 ехр (-1/ВС).Ток 19 на выходе преобразователя 9 напряжение - ток имеет вид19 = 4(т)/В 9 ЩОа ++Оь)/с) ехр (-ОВС/В 9,где В 9 - коэффициент преобразования преобразователя 9.В момент пересечения сигналом 34 порогового напряжения Опор сигнал с выхода второго компаратора 10 (позиция 21, фиг.2) запускает второй формирователь 12, сигнал с вцхода которого совместно с сигналом генератора 14 переводит триггер 13 в состояние логической единицы, Сигнал с выхода триггера 13 (позиция 22, фиг.2) закрывает ключ 8, и конденсатор 7 начинает разряжаться через преобразователь 9 по законуО 7(т) = 85 - 1 ф) т/С 7 = Яа(т)с/Я 9 С 7 = = 35 - НОа - ОЬ)/С (т/Я 9 С 7) ЕХр (-1/ВС), где 07(т) - напряжение иа конденсаторе 7;С 7 - емкость конденсатора 7,Напряжение О 7(т) с выхода конденсатора 7(позиция 24, фиг.2) поступает на второй вход первого компаратора 6, на первый вход которого поступает напряжение Яф) (позиция 23, фиг.2) с выхода первого операционного усилителя 3. В момент 11 равенства напряжений 07(т) и Яф) первый компаратор 6 срабатывает (позиция 25, фиг.2) и сигнал с его выхода запускает первый формирователь 11, импульс с выхода которого (позиция 26, фиг,2) совместно с сигналом генератора 14 (позиция 27,.фиг.2) переводит триггер 13 в состояние логического нуля.Таким образом, на счетный вход счетчика 16 импульсы с выхода генератора 14 (позиция 27, фиг,2) поступают в течение времени 11 (позиция 28, фиг.2), Рассмотрим соотношениеО 7 И - зИ. (4) С учетом (2) или (3) выражение (4) и риметвидЗоИОа+ Оь)/СХИ/ЯС) ехр (-ЫЯС) "- 35- (Оь/С) ехр (-о/ВС),где О - время, в течение которого на счетный вход счетчика 16 поступают импульсы свыхода генератора 14,откуда получаем(Оа + ОЬ) О/Я 9 С 7 = ОьилиО = В 9 С 7 ОЬ/(ОЬ+ Оа) Х 1 В 9 С 7 П (5)где Х 1 - относительная координата электронной лавины на поверхности детектора,т.е. длительность импульса на выходе,триггера 13 пропорционально отношениюОь/(Йа + Оь) (относительной координате Х 1электронной лавины на поверхности детектора) с коэффициентом преобразования1 /Я 9 С 7, где 1 - длина коллектора детектора.Использование изобретения позволитповысить быстродействие, поскольку измерение координаты осуществляется на интервале времени между передним и заднимфронтами сигналов, при этом отпадает необходимость вычисления экспоненты от результата измерения временного интервала. формула изобретения Устройство с позиционно-чувствительными детекторами для определения координаты электронной лавины, содержащее два зарядочувствительных усилителя, входы которых являются входами устройства, два операционных усилителя, два компаратора, два формирователя, триггер, счетчик импульсов, выход которого является выходом устройства, источник опорного напряжения, источник постоянного напряжения и генератор импульсов, выход которого соединен с тактовым входом триггера и со счетным входом счетчика импульсов, выход первого зарядочувствительного усилителя соединен с первыми входами первого и второго операционных усилителей, выход второго зарядочувствительного усилителя подсоединен к второму входу второго операционного усилителя, первый операционный усилитель подсоединен вторым входом к выходу источника постоянного напряжения и выходом - к первому входу первого компаратора, выход которого соединен с входом первого формирователя, подключенного выходом к управляющему входу триггера, выход второго операционного усилителя соединен с первым входом второго компаратора, подключенного вторым входом к выходу источника опорного напряжения и выходом - к входу второго формирователя, выход которого соединен с обнуляющими входами триггера и счетчика,1711108 Фидактор И. Горная Составитель В, КостюТехред М.Моргентал рректор М. Заказ 338 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ С 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4(5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Уж л. Гагарина, 10 О т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения быстродействия, в него введены ключ, конденсатор, блок задержки и преОбразователь напряжение - ток, подключенный входом к выходу второго Операционного усилителя и выходом - к второму входу первого компаратора и к первым выводам ключа и конденсатора, вторые выводы которых подсоединены к выходу источника постоянного напряжения, выход триггера подсоединен к управляющему вхо ду ключа и к входу блока задержки, выходкоторого соединен с входом разрешения счета счетчика импульсов.