Примеры временных усилителей

Первым рассмотрим универсальный зарядовый усилитель для газоразрядных счётчиков с катодным питанием и пороговым устройством (рисунок 1).Он предназначен для усиления, селекции и стандартизации по амплитуде импульсов, поступающих с детекторов, и представляет собой двухкаскадное устройство. Первый каскад – инвертирующий усилитель, построенный на быстродействующем операционном усилителе (ОУ) DA 1. Второй каскад – пороговое устройство на компараторе DA 2.

Поскольку для питания усилителей-формирователей используется однополярный источник питания с напряжением пять вольт, то это сказывается на особенностях его реализации. Прежде всего, это ориентация на отрицательные импульсы с выходов детекторов (обычно это обеспечивается как в сцинтилляционных детекторах с ФЭУ, так и в устройствах на газоразрядных счётчиках). Во-вторых, с учётом многофункционального назначения данного унифицированного измерительного блока, для обеспечения возможности использования различных операционных усилителей (не ограничивая их номенклатуру только усилителями с диапазоном сигналов от минимального до максимального напряжения питания по входу и выходу (R-R)), усилители работают с небольшим начальным смещением. Оно задаётся делителем R 3, R 4. Для источников с токовым выходом, к которым относятся ФЭУ и газоразрядные счётчики, в отсутствие входного резистора R 9 потенциал входного зажима усилителя оказывается примерно равным потенциалу неинвертирующего входа операционного усилителя, определяемого делителем R 3, R 4 (1 В). Входное сопротивление усилителя-формирователя определяется резистором R 1 = 4,3 К. В качестве операционных усилителей в измерительном блоке при работе с относительно низкоскоростными детекторами (газоразрядные счётчики) используются ОУ LMP 7715 c типичной частотой единичного усиления 17 МГц, а при работе с сцинтилляционными и полупроводниковыми детекторами – OPA 353 c частотой единичного усиления 44 МГц.

При работе от высокоомных источников сигнала (в отсутствие R 9) усилитель представляет собой преобразователь ток-напряжение. Соответствующим выбором постоянной времени t₂ = R 2∙ С 2 его можно превратить в зарядовый усилитель.

Пороговое устройство помимо формирования импульсов обеспечивает и амплитудную селекцию для подавления шумов. Порог задаётся делителем R 7, R 8. Применяемый компаратор имеет встроенный гистерезис около 7 мВ. Однако, для исключения дребезга и реакции на шумы общей шины, вызванные работой цифровых устройств (основной источник – микро-ЭВМ с тактовой частотой 32 МГц), цепью положительной обратной связи R 6, R 5 введён дополнительный гистерезис величиной 50 мВ.

Наиболее простыми являются усилители для счётчиков Гейгера. Высокий уровень выходных сигналов позволяет применять однокаскадные усилители-формирователи в виде ключей с общим эмиттером (транзистор VT 3). При разряде счётчики выдают импульсы тока отрицательной полярности, открывающие транзисторы, и на выходе формируются импульсы положительной полярности с амплитудой около 4,5 В. Резистор R 3 обеспечивает гашение счётчиков, а резистор R 10 закрывает транзистор по окончании импульса тока. Конденсатор С 1– форсирующий. Диод VD 1 предотвращает пробой управляющего перехода транзистора VT 3 положительными выбросами напряжения, что особенно актуально в момент подключения высокого напряжения к счётчикам.

Усилитель для детектора на фотоумножителе (рисунок 3). Для обеспечения усиления коротких импульсов необходимо иметь большую полосу пропускания. Чтобы исключить затягивание фронтов импульсов необходимо снижать входное сопротивление усилителя. Здесь входное сопротивление – это динамическое сопротивление каскада по схеме с общей базой на транзисторе VT 3. Поэтому, практически весь ток анода I_а попадает в коллекторную цепь транзистора VT 3, нагрузкой которого является резистор R 18 (10 Ком). Далее сигнал усиливается по току эмиттерным повторителем. Таким образом, токовый выходной сигнал фотоэлектронного умножителя усиливается каскодным усилителем ОБ-ОК охваченным отрицательной обратной связью (ООС) по напряжению последовательного типа. ООС стабилизирует усилитель по постоянному току, а обратная связь по переменному току блокируется конденсатором C 17. Такой усилитель обеспечивает малую постоянную времени нагрузки, имеет низкое выходное сопротивление, облегчая согласование с кабельной линией, и обеспечивает относительно большую амплитуду выходного напряжения U _вых = I _а´ R 18 (сопротивление передачи 10 Ком).

Рисунок 1 – Универсальный зарядовый усилитель для газоразрядных счётчиков с катодным питанием и пороговым устройством

Рисунок 2 – Усилитель выходных сигналов счётчиков Гейгера

Рисунок 3 – Усилитель с низким входным сопротивлением

для детектора на фотоумножителе

Дата добавления: 2014-01-04