核电子学课程设计实验报告

1、核电子学与核仪器课程设计报告Title: The Improvement of Single-channel Analyzer课程设计题目：改进型单道脉冲幅度分析器 学生姓名：XXX 专 业：核工程与核技术 学 号：09XXXXXX 指导老师：覃国秀二零一二年六月一、 设计时间：2012.06.122012.6.28二、 设计地点核电子学实验室和东华理工大学南区寝室三、 设计任务以课本核电子学与核仪器中的理论知识及实验为基础，到网上和图书馆查找与该设计课题相关资料，找到该课题的相应的电路原理图，并对电路图进行设计，学习Protel2004软件，用Protel2004软件进行电路设计并实现PCB

2、板的封装，最终得到PCB板。四、 设计目的通过使用Protel2004对电路进行设计，对核电子学与核仪器所学内容有更进一步的理解，加深印象，使所学知识得以巩固和提高。全面掌握单道脉冲幅度分析器各个模块电路原理的设计，实现电路设计与PCB设计的技术环节，最终得到单道脉冲幅度分析器的PCB板，从而在该课程设计过程中学会提高分析问题解决问题的能力；培养我们的动手能力和遵守纪律的高尚情操还有对待工作严肃认真、一丝不苟、实事求是、不畏艰辛的优良作风，为今后从事技术工作奠定坚实的基础。五、设计要求1、掌握Protel2004的使用方法；2、掌握所画电路的工作原理；3、掌握Protel2004电原理路图的设

3、计；4、基本掌握使用Protel2004进行PCB设计。六、设计的原理及方法单道脉冲分析器是一种对核脉冲信号幅度信息甄别测量的装置，虽然现在一般多用多道脉冲幅度分析器测量能谱，但由于单道具有结构简单、价格便宜，还可选择感兴趣的幅度范围或选取一定能量范围的信号作为测量对象等优点，所以它在核探测领域仍有用武之地。单道脉冲幅度分析器（图1）包括两个甄别器，一个叫上甄别器，甄别阀用V上表示；另一个叫下甄别器 ，甄别阀用V下表示；上、下甄别阀之差称为道宽，用V表示，即：V = V上 V下 ；除了两个甄别器外，还有一个反符合电路。当信号Vin V上时分析器无脉冲输出，V下VinV上分析器有脉冲输出（如图2

4、所示）。图1 单道脉冲幅度分析器结构框图图2 单道脉冲幅度分析器工作原理图（一）参考电压运算电路参考电压运算电路如图 3 所示。由图可见, 它是由运放 (LF412)A1、A2组成的加法器和减法器以及精密的参考电压源组成。精密的参考电压源提供稳定的参考电压并经过两路多圈电位器 RP1、RP2提供阈和道宽的参考电压, 再加到加法器和减法器的输入端, 在它们的输出端即可获得上、下甄别电路的阈电压:UH=1/2(UT+UW), UL=1/2(UT- UW)可以看出, 道宽为 UW, 在调节道宽时, 上阈 UH和下阈 UL的变化大小相等、方向相反, 而保持道宽中心不变, 道中心为 UT/2。图 3 参

5、考电压运算电路（二）上、下甄别器如图4所示，该电路板的上、下甄别阈由两个相同的集成电路脉冲幅度分析器组成。上、下阈电压由前面的参考电压运算器提供，分别加到脉冲幅度分析器的同相端。当输入脉冲信号（由P7输入）幅度超过上或下甄别器的阈压时，该甄别器由高电平转为低电平。图4 上、下甄别器电路原理图（四）、反符合电路反符合电路是由 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。其工作过程为：（1） 当VI VL 时，L和H都是低电平，显然与门输出为零。（2） 当VL VI VH 时，H、L都有正脉冲输出，

6、如果直接将上、下甄别电路输入脉冲进行反符合处理，由于脉冲上升时间和下降时间存在，将会发生甄别错误。此电路用非H的前沿将双稳态电路清零，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VI 的后沿将双稳态电路触发翻转，使V3 回到高电平状态，与门重新开放。图5 反符合电路原理图 图6 信号逻辑关系图（五）电路原理图设计图7 单道脉冲幅度分析器原理电路图DescriptionDesignatorFootprintLibRefQuantityCapacitor1RAD-0.3Cap1Isolated Resistor Network - Parts2DIP-16Res Pack21I

7、solated Resistor Network - Parts3DIP-16Res Pack21Isolated Resistor Network - Parts4DIP-16Res Pack21Isolated Resistor Network - Parts5DIP-16Res Pack21Capacitor (Semiconductor SIM Model)6CC3216-1206Cap Semi1Square Trimming Potentiometer7POT4MM-2RPot SM1FET Operational Amplifier8CAN-8/D9.4Op Amp1FET Op

8、erational Amplifier9CAN-8/D9.4Op Amp1Isolated Resistor Network - Parts10DIP-16Res Pack21Zener Diode11DIODE-0.7D Zener1Capacitor12RAD-0.3Cap1FET Operational Amplifier13CAN-8/D9.4Op Amp1FET Operational Amplifier14CAN-8/D9.4Op Amp1Square Trimming Potentiometer15POT4MM-2RPot SM1Capacitor (Semiconductor

9、SIM Model)C1CC3216-1206Cap Semi1Polarized Capacitor (Axial)C2POLAR0.8Cap Pol21Capacitor (Semiconductor SIM Model)C3CC3216-1206Cap Semi1Isolated Resistor Network - PartsR1DIP-16Res Pack21Isolated Resistor Network - PartsR2DIP-16Res Pack21Isolated Resistor Network - PartsR3DIP-16Res Pack21Isolated Res

10、istor Network - PartsR4DIP-16Res Pack21Isolated Resistor Network - PartsR5DIP-16Res Pack21Square Trimming PotentiometerRW1POT4MM-2RPot SM1Square Trimming PotentiometerRW2POT4MM-2RPot SM1Dual Positive-Edge-Triggered D-Type Flip-Flop with Preset, Clear and Complementary OutputU1N14ADM7474N1Quadruple 2

11、-Input Positive-AND GateU2N014SN74LS08N1Hex InverterU3M14ADM74LS04M1TimerU4N08ELM555CN1SMB Straight ConnectorVIN1SMB_V-RJ45SMB1表1 元器件报表七、设计步骤及对应成果1、电路原理图的绘制根据设计原理和电路原理图的设计步骤，使用Protel2004软件先绘制好设计原理图，如图7所示，经调试电路，再将最终生成的网络表导入到PCB板，这将有利于PCB的设计，则生成网络表如图8所示。图8 元器件网络表2、PCB板的设计PCB板设计是从电路原理图变成一个具体产品的必经之路。通常，

12、PCB板设计的步骤如下：（1）规划电路板；（2）设置参数；（3）装入网络表；（4）元器件的布局；（5）自动布线；（6）手动布线。但在实际操作过程中装入元器件封装和网络表对PCB设计的是十分必要的。PCB设计的第一步是要从单道脉冲幅度分析器的电路原理图文件中导入设计数据，即将原理图文件中的有关信息引入到PCB文件中，以便指导系统进行PCB板的设计。数据的具体步骤如下：（1）在原理图编辑器中，选择菜单命令【Design】/【Update PCB 单道.PcbDoc】，系统将自动弹出如图9所示的元器件状态对话框。图9 的元器件状态对话框（2）在对话框中单击【使变化生效】按钮，观察状态栏中【检查】符号

13、的变化，如果所有的操作都有效，【检查】状态栏显示，说明网络表中没有错误。对于出错的操作，【检查】状态栏显示，说明对应的操作出现问题。如检查没有错误后，并确保已经调入了所有需要用到的封装库，单击【执行变化】，执行导入操作。对于成功的操作，会在状态栏【完成】下显示图10所示。图 10 检查状态对话框（3）最后单击【关闭】按钮，关闭对话框，所有的元器件将出现在PCB文件中，方便封装元器件的调用，如图11所示。图 11自动生成封装元件对话框然后放置元器件，布线，再进行调整和检查后进行布线，最终得到如图12所示的PCB板。图12 单道脉冲幅度分析器的PCB板单击【查看】中的【显示三维PCB板】即可看到如下图13、14和15所示的3D图形。图13 PCB板3D正面图图14 PCB板3D背面图图15 PCB板3D侧面图八、设计成果根据此次课程设计的题目，结合我们平时在课程学习中所学到的的理论知识，通过在图书馆和网上所查找到的资料，我们设计出了课程设计的电路原理图，如图7所示。在这次课程设计中，学会了对Protel2004软件的运行，也学会了使用Protel2004软件绘制出电路原理图，如图7所示。绘