Спектрометрический усилитель

Союз Советских Социалистических Республик(45) Дата опубликования описания 07,02.82 Государственный комитет по делам изобретений н огкрмтнйУральский ордена Трудового Красного Знаменц политехнический институт им. С. М. Кирова ь(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 РС-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 121.Такое устройство обладает повышеннымбыстродействием за счет использования в б спектрометрическом тракте устройствакоррекции наложенных импульсов.Недостатком известного устройства является невозможность выбора постоянных формирования компенсирующего сигнала, 10 близких к оптимальным, что приводит кухудшению энергетического разрсшения с ростом частоты входных сигналов, т. е, с увеличением скорости измерения.Целью изобретения является повышение 15 точности и скорости измерений путем увеличения энергетического разрешения для импульсов высокой входной частоты,Поставленная цель достигается тем, чтов спектрометрический усилитель, содержа щий последовательно соединенные линейный усилитель, линию задержки, усилительную секцию и формирователь на линип задержки, последовательно соединенные линейный пропускатсль и инвертпрующий 25 ЯС-интегратор, последовательно соединенные линейный сумматор н спектрометрический фильтр с режектором наложений, а также схему временной привязки, вход которой соединен с выходом линейного усили- ЗО теля, и логический узел, один из выходов35 которого соединен с входом управления линейного пропускателя, дополнительно введены укорачивающая цепь с компенсациси полюса нулем, времязависимый стабилизатор базовой линии, стробирусмая схема выборки, формирователь фронта импульса, вторая линия задержки и логическая с: ема И. Выход укорачивающей цепи с компенсацией полюса нулем соединен со входом линейного усилителя, вход времязависимого стабилизатора базовой лишги подключен к выходу формирователя на линии задержки, а выход - ко входу линейного пропускателя, последовательно соединенные пнвертиру югций Л 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, один из входов логической схемы И соединен с выходом схемы временной привязки, другой вход . - с логическим выходом спектромстрического фильтра с режектором наложений, а выход - со входом логического узла.На фиг. 1 представлена стуктурная схема предлагаемого усилителя; на фиг. 2 диаграммы, поясняющие его работу.Устройство содержит укора иваюгцую цепь с компенсацией полюса нулем 1, линейный усилитель 2, первую линию задержки 3, усилительную секцию 4, формирователь на линии задержки 5, времязависимый стабилизатор (ВЗС) базовой линии 6, линейный пропускатель 7, инвсртирующий ЯС-интегратор 8, стробируемую схему выборки 9, формирователь фронта импульса 10, линейный сумматор 11, спектрометрический фильтр с режектором наложения 12, вторую линию задержки 13, схему временной привязки (СБП) 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 инвертируюгцего РС-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 по. ступления на вход сигналов. На ее выходе формируется короткий импульс через интервал задержки после момента поступления 5 10 15 25 30 И 4 З 50 60 б 5 входного сигнала, причем величина задержки не зависит от амплитуды входного сигнала СВП. Логическая схема И 15 предназначена для отбора сигналов СВП, поступающих в интервале формирования спектрометрического фильтра. Линия задержки 3 задерживает сигнал па время держки формирования сигналов СВП, логической схемы И 15 и логического узла 16. Усилительная секция 4, формирователь на линии задержки 5, ВЗС 6, линейный пропускатель 7, инвертируюгций РС-интегратор 8, стробируемая схема выборки 9 и формирователь фронта импульса 10 образуют канал формирования компенсирующих импульсов, в котором фильтрация шумов осуществляется фильтром на основе линии задержки (формирователь) 5 и стробируемого ЛС-интеграто;.а (линейный пропуска- тель 7 и инвертирующий РС-интегратор 8).У,"лительная секция 4 предназначена для установления необходимого коэффициента передачи капала формирования ком снсируюгцих импульсов. Формирователь на линии задержки 5 выполняет функцию фильтра верхних частот, па выходе которого формируется сигнал прямоугольной формы пз входного импульса экспоненциальной формы. 1 литсльность сформированного сигнала Т,. определяется временем задержки линии. ВЗС базовой линии 6 устраняет сдвиги базовой линии, обусловленные медленными изменениями потенциала на выходе формирователя на линии задержки. В исходном состоянии ВЗС представляет собой дифференциру,огцую цепь с постоянной времени т,. 1-1 а 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. Инвсртируюгций ЙС-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 управления запрещает передачу сигнала на выход схемы выборки в интервале его длительности, а мгновенное значение входного сигнала в момент времени, соответствуюший началу импульса управления, запоминается на емкости памяти. В интервале сигнала управления запомненное значение напряжения уменьшается по экспоненциаль. ному закону с постоянной времени, равнойпостояццой времени спада входцого сигнала т,. 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 ца выходе второй линии задеря;ки 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 задержанными сигналами, Спектромстрическим фильтром 12 осуществляется формирование сигналов с оптимальной постоянной времени для обеспечения минимального коэффициента повышения шума, В состав спектрометрического фильтра также входит режектор наложенных сигналов. Логический узел 16 обеспечивает управление узлами кацала формирования компенсирующих импульсов,Усилитель работает следующим обра. зом.Рассмотрим поступление ца вход усилителя сигнала с бесконечно крутым передним фронтом и экспоненциальцым спадом в момент 1, (Уна фиг. 2), за которым в моменты 14 и 1, поступают импульсы, причем их моменты поступления находятся в интервале формирования спектрометрическцм фильтром 12 первого сигнала. Этот случай соответствует двукратному наложению.Укороченные цепью с компенсацией полюса нулем 1 и усиленные импульсы, постоянная времени спада которых тпредставлены на эпюре У,. Задержанные второй линией задержки 13 на длительность формирования в канале компенсирующих импульсов сигналы (У) поступают на вход линейцого сумматора 11. На первый импульс (з Бп) компенсирующий сигнал не вырабатывается, и этот импульс без изменений проходит на выход линейного сумматора и далее поступает на спектрометрический фильтр 12. С момента 1 цачинается обработка первого сигнала спектрометрическим фильтром с оптимальной постоянной вре.мени формирования, На логическом выходе фильтра формируется импульс, длительность которого равна времени обработки одиночного сигнала о - з (К), и поступает на второй вход логической схемы И 15. На выходе СВП 14 в моменты 1 1; и 1 ц (У,) вырабатываются короткие сигналы временной привязки, задержанные относительно мсментов поступления сигналов на вход СВП на равные интервалы времени 1 - 1. Логическая схема И пропускает на выход сигналы в моменты времени 1; и (У), так как они поступают в интервале о вобработки первого сигнала спектрометрическим фильтром и поэтому соответст 5 19 1 б 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 вующце им входные сигналы являются наложенными на первый. Эти сигналы запускают логический узел 16, на выходах которого (У,.,в моменты 1 и 1, вырабатываются импульсы, управляющие узлами канала формирования компенсирующих сигналов. Из импульсов Уэкспоненциальной формы, усиленных усилительной секцией 4, ца выходе формирователя на линии задержки 5 формируются прямоугольные сигналы с длительностью= 1 - 1 ь определяемой установленной постоянной формирования, и поступают на ВЗС, исключающий постоянную составляющую Ь. С выхода ВЗС тройка сигналов подается на линейный пропускатель 7, на вход управления которого в моменты 1 и 1; поступают импульсы С. с логического узла. Длительность этих импульсов равна длительности сигналов, сформированных формирователем 5, поэтому входные сигналь: в интервалах 1 в - 1 и 1 в - 1 е неискаженными пропускаются линейным пропускателем и поступают на вход инвертирующего РС-интегратора. В интервале длительности входных сигналов емкость ичтегратора за,".,яжается (1 - 1, 1 - 1, Ь) с постоянной т, а в промежутках между сигналами разряжается с той же постоянной. Сформированные сигналы экспоненциальной формы отличаются от сигналов в точке Н наличием фронта в интервалах 1 - 1 и 1 - 1,. Для дальнейшей формировки они поступают на стробируемую схему выборки 9. В интервале 1 -на входе управления последней действует логический импульс С, закрывающий схему выборки, Сигнал на ее выходе С, появляется в момент времени 1 и имеет крутой передний фронт и экспоненциальный спад. В момент 1 на вход схемы выборки поступает следующий сигнал с интегратора, а на вход управления - логический импульс длительностью 1 в - 1 и схема закрывается. Поскольку предыдущий экспоненциальный сигнал к моменту 1 не окончился, то на емкости памяти стробируемой схемы запоминается значение этого сигнала в момент 1, и в интервале 1, - 1 в емкость памяти разряжается с постоянной времени, равной постоянной спада входного сигнала т,. В момент , схема открывается и формируется крутой перепад второго наложенного экспоненциального сигнала, Амплитудные значения сигналов на выходе и вхо. де стробируемой схемы выборки равны, Сигналы У, 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 ц, - , поэтому моменты прихода наложенных сигцалов с выхода линии задежки совпадают с началом сформированных импульсов, длительности фронтов их близки и им 803674пульсы и:сОт р 2 ВИ 1 с ГОст 05;ццыс спада (т, = т,). Изменением коэффициента усиления усилительной секции 4 достигастся равенство амплитуд сигналов, однорсмсцно пришсдших на входы линейцого сум)атора 11. Поскольку полярности сипалов разные, то их суммирование, част рсзульт;г, близкий к нулю, Тем самым ндложсцпыс нд срвый 1 хпульс сп нась олностыо компснсируются, и на выходе линвйного суммтор; присутсуст первый из входной тройкц сгнал, скоррсктировднный от наложений (l,). ,12 ппь сигнал оорабатывастся кдк од- почи ьш последующим фигьром. Шумовой вклад канала формирования компенсирующих и)пм;Ьсов умсцшпсц Ввс;синс) форми - РОВ)1 ИИ 5 С ПОСТ 05 НЦЫц ОТЛИ 1 ДК)ПРИ)1 ИГЯ О оптимальной в 3 - 5 рдз. Если пцтсрвал мсжду псрвьм и вторым входнымсигнала)и- л 00 )т.жду цаложсццы)1 и г) -- 1 Оедзы васх;5 .1 сцьши) длитслы 10 си фор.1100- В 2 ПИ 51 6 - 5 КомпсцсгциоиОГО СИГИ)1,12, ТО КОХ Г Сн "2 ЦИ 51 ОТС ТСТВУСТ, И ЭТИ Сц ГпаЛ Ь ИСКЛ 1012 ОТС 51 РЕЖСКТОРОМ Н)1 ЛОЖСЦЙ, ХО. дящим в спектрометричсский фильтр 12.При НОступлспии ц 1 Вхо Одиноного сипалд в момент 11 отлпис в рдботс схсмы заключастся в том, что логический узсл не запускается сигналом СВП, лсйый пропускатсль 7 остается закрыты. что исключаст формированс компсцспрукпиего сигналы,Таким образом, использоапис в спсктро- МЕТРИЧЕСКОМ УСИЛИТЕЛЕ а ЗЛОВ КОРРЕКП:1 паложсний повышает частоту слс;овация Выходных сиГцалОВ, поиска)ксццых пало)есниямп, т. е. увеличиваст сго быстродсйствие. Применение в кацдлс формирования компенсирующих сигналов фильтра иа основе линии задержки и строб ирусм)го )хС-интсгрдтора и эффсктивного Брсмяздвисимого стабилизатора умсньшдст (Б сравнсИи с извссгным устройством) шумовой Вклад этого канала в процсссс форм- рования скорректировашюго мпульсд спсктрометрическим фильтром с оптимальной постоянной врсмени, что улу:пдст энергетическое рдзрсшсние прсоко частоте поступления входных с 1 алов.Формула изобретенияСпектрометрический усилитсль, со:Рсржащий последовательно сосдцгцшыс линейный усилитель, линию задср:еки, усили 1 с.110 сскРию и форм ирОВдтсль 512 линии зддсрже 1, послсдо)дтслшО сосдицсццыс лсц)11 Ироисе)1 с;11 и ицвсртируюций, 5 С-ицпсгр 1 Х)р послс,оватсльно со;динсц" Ь;С Г Ипсй 1)Й СУММ а 1 ОР И СПСК РолСТРЧС- сепй фильтр с рсжскторо. .аложсций, а т 1 еес схс)1, Брс)1 сццОЙ и;)ияз 1,и, Вход которой сосд" сц с Выходм линсйного уси л,." с,1, ГОГИсский зс 1, О Чин 3ходовЕ"1 ОРОГО СОС,ИСЦ С )ХОДОК Ц)а 3.1 СЦР 1 Я линейного пропускдтсля, о т л и д о и и й- С 51 ТС 1, О, С 1,СЛЬО ПОБЫШСЦИЯ ТЦОСТИ И скорости измсрений, в него ввсдсцы укора чиваОРца 5 цспь с ко)Псцсацисй по:юсас "1 1 рР м 5;3)1 иси 1 и с 1 доил 132 Ор базОВОИ лип, сгробрус:,дц схема Выборки, формпроапгсль фронта импульса, вторая,Иия зддс)хеи и логсседя схсма И, ппичем вы О ход укорачивающей цепи с ксмснс аи;ей0 1 ОС 1 ЦС СОС Ипс СО БОЧО 1 ИПй 30- О ) с,Толя, )хо, Брсмзгвиси "ОГО стдби- ,1;1"0;)д бд 30130 лицин цо;Е.1 ОСИ К Выкоду формироватсля на линии задсржки, г 25 1 ход - ео ходу лппсйпого ропускдтеля,Оследогатсльно сосди пенн ыс ицвсртир и щий и(.-цтсг)дтор, строб)с)ая схема 1)ы борец и форм проздтсль фронта по е,1 юСЫ Е СР 301 М ВХОДЛИПСОГО С М., 210- 3 ра, д управляющий вход стробпрусмой схе," ь 13 боре РОлег 10 чсн кО 13 торо)у Выходу лог,чссеого узла, Вход Второй линии заспжи сос 1 нсц с Б 1 хо РО. Ис)30 линии залсэжки, а ВыхОд - со Вторым Бхо;Ом ли цс 1;0 с)1 х)рЯ 0:иц и;3 хо;0 ЛОГИссеой схсмы 1, сосисп с Бхо;0)1 схемы Б;)СХ 1 СЦОЙ Рц 5 ЗЕИ) ДРГОР ВХОД - С .ТОГИ чс. Ки: ыхолом спсктрометрчсского 1, ь рд с 1)сискорО)1 ц)1;1 ОжсИЙ, д Вы .хо, с;);х,)дом ло иеского , злд.803674 Б в иа т Б Б слп В. Недопекнд Л, Куклина Гос-яп Файн ректо хфельд ядЧе 104 енного комитета Москва, Ж.35,ет фил т ип, Ха ляк ср 1" якая 25,33ПО сПоис