脉冲甄别器设计

1、脉冲甄别电路设计与仿真实现摘要 脉冲幅度的测量是核辐射测量的一个重要环节。介绍了一种脉冲幅度甄别器，能够将幅度超过(或低于)某一设定电平的输入脉冲转换成幅度和宽度符合一定标准的输出脉冲，并仿真通过。1.实验目的：学习数字模拟混合电路中的计时电路，比较电路，脉冲成型电路和触发电路等单元电路的综合应用。熟悉脉冲甄别器的工作原理，了解简单数字模拟混合系统实验，调试及故障排除方法。2.实验原理2.1 脉冲甄别器工作原理脉冲幅度的测量技术在核辐射探测中是一个重要问题。同时，脉冲形状的甄别，也应予注意。脉冲幅度的测量，可以采用脉冲幅度甄别器来进行，这种电路只允许一定幅度的脉冲通过，供其后续电路记录。脉冲幅

2、度甄别器分积分甄别器和微分甄别器，积分甄别器只允许幅度超过一定甄别阈的脉冲通过，供其后续电路记录；脉冲幅度小于甄别阈的将不允许通过，记录电路不予记录。微分甄别器又叫单道脉冲幅度分析器，只允许某一幅度范围内（上甄别阈和下甄别阈之间）的脉冲通过，幅度小于下甄别阈和大与上甄别阈的脉冲均不能通过。2.2 微分甄别器一般包括两个积分甄别器和一个反符合电路。阈值取的较高的的叫上甄别器，阈值取的较低的叫下甄别器。反符合电路只是这样的电路，它有两个输入端，一个输入的是信号脉冲，一个输入的是阻止脉冲的控制信号，在该电路中，前者是下甄别器输出，后者是上甄别器输出。当只有下甄别器被触发时，整个分析器才有信号输出，如

3、果上下甄别器均不能被触发，分析器无输出信号。所以，微分甄别器实现的功能是只有不大、不小、幅值在上下甄别阈之间的脉冲才能功过，使其后续电路记录。为了解决幅度超过上甄别阈的脉冲前沿、后尾不能够正常反符合问题，可以在电路采取一些办法进行上、下甄别器时间上的配合。如图1所示。上甄别器下甄别器双稳态电路延迟反符合电路输入图1 反符合电路中时间配合方案它利用甄别器输出信号的后沿做输出信号，而上甄别器输出信号都是从前沿就开始起作用了，并加以展宽，使其能在时间上盖住下甄别器输出信号的后沿所形成的脉冲。图6-1采用了双稳态电路来展宽上甄别器输出信号的宽度。当输入信号幅度超过上甄别阈时，上、下甄别器均被触发。下甄

4、别器输出的信号被微分，并使其后沿形成的尖脉冲通过二极管加到反符合电路输入端作为输入信号。上甄别器输出的信号前沿将使双稳态电路发生翻转，若平时双稳态电路输出低电位，则此时它将输出高电平，加到反符合电路输入端作为阻止信号，反符合电路被阻塞无输出。这个状态一直要继续下去，直到下甄别器输出信号后沿被微分，所形成的尖脉冲经过延时使双稳态电路再次被触发翻转处于还原状态，双稳态的输出又回到低电平，电路才回复到正常状态，从而保证了反符合作用可靠的进行。2.3 实验电路实验电路如图2所示。上甄别器与双稳态电路相连接，若上甄别器被触发，其输出信号使双稳态电路翻转，其输出端Q（也即与门输入端G）变为低电平，反符合电

5、路（与门）被阻塞。这时下甄别器的输出信号经非门1倒相，通过微分电路整形而成两个尖脉冲，由于非门2被偏致为高电平，只有后沿形成的负脉冲可使其翻转输出一个正脉冲，但因反符合电路被阻塞，他不能被通过。在E端形成的负尖脉冲又使双稳态翻转，其输出端恢复为高电平，反符合电路开启。当只有下甄别器被触发，输出的信号可以通过反符合电路。各点波形如图图3所示。它的上下甄别阈分别为V1，V2，由可变电阻器调节。后续记数显示电路，由读者自行设计。图2 微分甄别器实验电路3.实验内容由于实验电路中使用器件较多，时序电路配合严格。实验前必须清楚各点的时序波形，使电路逻辑清楚。实验时，应按照实验任务的次序，将各测试点的时序

6、逐个进行调试，在时序测试正常后，再进行后续计数显示电路的调试。即分别测试调整上下甄别阈电路、微分脉冲成型电路，双稳态触发电路、反符合电路、计数电路、显示电路等逻辑功能，将各单元电路工作正常后，然后进行封装，再将有关电路逐级连接起来进行测试，直到测试脉冲甄别器的整个电路的功能。这样的测试方法有利于检查和排除故障，保障实验顺利进行。图3 各点波形图4.实验报告（1）总结脉冲甄别器的整个调试过程。 1. 按上图电路连接电路。元器件的选择如图4所示。图4实验器件连接后的电路图如图5所示。图5电路图2.调节信号源电压为5 V的正弦波，如图6所示。图6信号源3分别调节滑动变阻器R1和R2，设置上下阀的阀值

7、分别为3.5V和0.6V;如图7所示。图7调节上下阈值 4.记录A点至G点电压波形图。如图8至图14所示。图8 A点的电压波形图图9 B点的电压波形图图10 C点的电压波形图图11 D点的电压波形图图12 E点的电压波形图图13 F点的电压波形图图14 G点的电压波形图5. A,B,C,D点电压波形图对比（A蓝, B绿，C红，D黑）图15 A至D点的电压波形对比图 6.E,F,G点电压波形对比（E黑,F蓝，G红）图16 E至G点的电压波形对比图（2）分析调试中发现的问题及故障排除方法。发现的问题：波形时序不一致。排除方法：加电容和反向器，通过延时，使得波形时序相同。5.预习要求（1）查阅相应参

8、考资料，了解脉冲甄别器工作原理。1.高速比较器LM311电压比较器LM311是集成运放非线性应用电路，它将一个模拟量电压信号和一个参考固定电压相比较，在二者幅度相等的附近，输出电压将产生跃变，相应输出高电平或低电平。比较器可以组成非正弦波形变换电路及应用于模拟与数字信号转换等领域。 2.普通的上下阈甄别电路核辐射探测器输出的脉冲幅度与核辐射的能量成正比，按脉冲幅度不同测量并计数，从而可以得到脉冲幅度谱(即能谱)。单道脉冲幅度分析器主要由上甄别电路、下甄别电路及反符合电路组成，其结构框图如图17所示。其基本功能就是，只有输入脉冲幅度落入给定的电压(阈电平)范围(UHUL)之内时，才输出逻辑脉冲。

9、图中UL为给定电压范围的下限电压，称为下阈电平；UH为上限电压，称为上阈电平；上阈电平与下阈电平之差UW=UH-UL称为道宽；UC=1(2(UH+UL)称为道中心。图17 单道脉冲幅度分析器结构框图甄别电路由超高速双比较器LF311组成，其原理图如图18所示。当ui<UL时，上、下甄别电路均无输出；当UL<ui<UH时, 上甄别电路无输出，下甄别电路有输出；当ui>UH时，上、下甄别电路均有输出。使用LF311 时，注意其输入信号幅度范围，尽管使用了±5V的电源，但输入信号的最大幅度不能超过3.5V。若输入信号幅度较大时，可在信号输入端增加一级衰减器。图18

10、甄别电路原理图反符合电路是由D触发器(74H74)构成的双稳态电路、单稳态电路(74121)及与门(74LS08)组成，其电路如图5所示，信号逻辑关系如图6所示。图19 反符合电路原理图图20 信号逻辑关系图其工作过程为：(1).当ui<UL时，L和H都是低电平，显然与门输出为零。(2).当UL<ui<UH时, L为低电平，H为高电平，即双稳态清零端为高电平，U3维持高电平不变，与门开放；而L的下降沿触发单稳输出正脉冲，经与门输出。(3).当ui>UH时，H、L都有正脉冲输出，如果直接将上、下甄别电路输出脉冲进行反符合处理，由于脉冲上升时间和下降时间存在，将会发生甄别错

11、误。此电路的前沿将双稳态电路清零，以保证在单稳态电路输出脉冲之前将与门关闭，而用单稳态电路输出正脉冲U1的后沿将双稳态电路触发翻转，使U3回到高电平状态，与门重新开放 3.脉冲幅度甄别器原理 脉冲幅度甄别器的基本功能： 脉冲幅度甄别器是将幅度超过(或低于)某一设定电平的输入脉冲转换成幅度和宽度符合一定标准的脉冲输出，剔除此电平以下(或以上)的任何输入信号。图21 输入脉冲波形图图22 甄别电路单阈输出图23 甄别电路输出信号（2）列出调试脉冲甄别器的步骤。1.按上图电路连接电路；2.调节信号源电压为5 V的正玄波；3.分别调节滑动变阻器R1和R2，设置上下阀的阀值分别为3.5V和0.6V;4.记录A点电压波形；5. 记录B点电压波形；6.记录C点电压波形；7.记录D点电压波形；8.记录E点电压波形；9.记录F点电压波形；10.记录G点电压波形；11