Wydział Fizyki I Informatyki Stosowanej Akademia Górniczo-Hutnicza



Pobieranie 12.62 Mb.
Strona57/94
Data27.10.2017
Rozmiar12.62 Mb.
1   ...   53   54   55   56   57   58   59   60   ...   94

Pierwsza kategoria wyróżnia dwa rodzaje układów (TAC), według sposobu formowa-nia odpowiedzi na wymuszenia wejściowymi impulsami (START i STOP), determinującymi rozciągłość czasową mierzonego interwału T. Sposoby te przyjęto w praktyce spektro-metrii czasowej zwać odpowiednio techniką start-stop oraz techniką nakładania (over-lappingu). Zasadę pierwszej z nich ilustruje schematycznie rysunek 143.


Impulsy wejściowe, przywiązane w czasie do początkowej i końcowej krawędzie interwału T, za pośrednictwem układu sterującego (UST) przełączają sekwencyjnie klu-cze S1 i S2. W stanie początkowym (spoczynkowym) klucz S1 jest rozwarty natomiast klucz S2 zwarty. Impuls startowy wymusza zmianę stanu przewodzenia obu kluczy. Do „gorącego” zacisku kondensatora CA zostaje wówczas podłączone źródło prądowe o zadanej wydaj-ności Io, powodując liniowe narastanie napięcia na CA. Proces ten trwa do momentu pojawienia się im-pulsu „stopu”, znakującego koniec mierzonego interwału. Napięcie na pojemności CA osiąga wtedy wartość maksymalną V0 max określoną zależnością


(227)
W tym też momencie, działaniem klucza S1 zostaje odłączone źródło prądowe, po czym -
z zadanym opóźnieniem „przetrzymywania odpowiedzi” - klucz S2 zwiera kondensator CA, przywracając tym samym stan spoczynkowy układu.

Za pierwszą implementację tej techniki do instrumentarium doświadczalnej fizyki jąd-rowej uznawany jest opracowany przez N. F. Moody’ego, zbudowany na lampach elektro-nowych, układ analogowego ekspandera czasu [218]. Stanowił on w istocie kaskadę dwóch konwerterów: konwertera czas-amplituda, pracującego w układzie kluczowanego integrato-ra prądu, oraz konwertera amplituda-czas, zrealizowanego w znanym nam już układzie z li-niowym rozładowaniem pojemności akumulującej. Tego typu rozwiązanie wytyczyło


w pewnym zakresie drogę rozwojową złożonego systemu pomiarowego; tandemu TAC - DAC.

Literatura przedmiotu podaje wiele szczegółowych opracowań układowych omawianej klasy konwerterów TAC, dedykowanych na ogół do konkretnych zastosowań w ekspery-mentach fizyki jądrowej. Ograniczymy się zatem do przytoczenia tylko dwóch przykładów z obszaru techniki półprzewodnikowej starszej i nowszej generacji. Tak więc na rysunku 144 przedstawiono schemat ideowy konfiguracji na półprzewodnikowych elementach dykretnych [219].




W stanie spoczynkowym komplementarna para (T4,T5) utrzymywana jest w stanie przewodzenia. Odwrócony (przez stopień na T3) impuls startowy powoduje odcięcie tran-zystora T5 w wyniku czego prąd ze źródła prądowego T4 zostaje skierowany do pojemności akumulującej CA wymuszając jej liniowe ładowanie. Pojawienie się na drugim wejściu układu impulsu „startu” blokuje z kolei T4 „zamrażając” tym samym napięcie uformowane na kondensatorze CA. Jak ukazano na schemacie, długotrwałość tego impulsu przewyższa nie-co czas trwania impulsu startowego dla umożliwienia rozładowania pojemności CA przed kolejnym cyklem konwersji.


Rysunek 145 pokazuje natomiast uproszczony schemat układu przetwornika TAC, sta-nowiącego fragment wielokanałowego zespołu pomiarowego, zrealizowanego w formie monolitycznej struktury scalonej w technice CMOS [220]. Formowanie odpowiedzi na wymuszenia wejściowymi impulsami „startu” i „stopu” dokonuje się w tym przypadku
w procesie rozładowywania pojemności akumulującej CA , której funkcję pełni tranzystor
n-MOS (T3). Każdy kolejny cykl pomiarowy poprzedzony jest przeładowaniem tej pojem-ności do poziomu VDD poprzez - kończące cykl poprzedni - krótkotrwałe zwarcie klucza
p-MOS (T4). Pracująca w obszarze nasycenia para tranzystorów, T1 i T2 stanowi przełącznik prądu źródła prądowego Io. Jest on sterowany impulsami wejściowymi za pośrednictwem pomocniczego subukładu (GS) generującego parę komplementarnych sygnałów logicznych o szerokości podyktowanej ich wzajemną odległością T. Inherentna rozdzielczość tego generatora determinuje dolną granicę zakresu pomiarowego (5 ns). Górną jego granicę (25 ns) wyznacza natomiast warunek utrzymania punktu pracy tranzystora T3 powyżej napięcia progowego Vth.



Ważną zaletą techniki „start-stop” jest możliwość sprzężenia tego typu układu z kon-werterem ADC bez potrzeby jakiejkolwiek wstępnej obróbki sygnału. Z tego też powodu została ona wykorzystana w konstrukcjach fabrycznych ogólnego przeznaczenia. Ze wzglę-du na uniwersalny charakter tych urządzeń są one z reguły wyposażone w bardzo roz-budowany system sterowania i autokontroli, umożliwiający m.i. dobór zakresu pomiaru, czasów opóźnienia sygnałów bramkowania, strobowania i odczytu, czy też poziomu i sze-okości impulsu wyjściowego. Kilka danych znamionowych różnych opracowań fabrycz-nych przytoczono dla porównania w poniższej tabelce.



Złożoność takich układów ilustruje rysunek 146 przedstawiający schemat blokowy, krajowej produkcji, uniwersalnego konwertera czas-amplituda typ 1701 [221]. Jest ona podyktowana zarówno uwarunkowania logicznymi pracy układu (jak np. autoblokada toru impulsu startowego w trakcie procesu konwersji lub braku stowarzyszonego impulsu stopu) jak i wymogami eksploatacyjnymi związanymi z trybem pracy konwertera w systemie pomiarowym spektrometrii czasowej (bramkowanie i strobowanie sygnałami zewnętrzny-mi).




Zasadę alternatywnej techniki konwertera typu TAC - overlappingu - objaśnimy


w oparciu o przedstawiony na rysunku 147, uproszczony schemat blokowy, pracującego według niej układu.

Kanwą dla tego rodzaju konfiguracji były niewątpliwie znane uprzednio układy koincydencyjne. Ich adaptacja dla potrzeb konwersji TAC polegała na odpowiednim uformowaniu impulsów „startu” i „stopu”, oraz wprowadzeniu znanego nam już, dodatko-wego członu funkcjonalnego - kluczowanego integratora prądu - realizującego przemianę czas-amplituda. W szczególności, na zmodyfikowane impulsy wejściowe nałożone są nas-tępujące warunki:

 czas trwania impulsu startowego TSTART musi być znacząco dłuższy od przewi-
dywanej długości mierzonego interwału T,

 czas trwania impulsu stopu TSTOP powinien być dłuższy od czasu trwania impulsu


startowego

 amplitudy obu impulsów wejściowych powinny być w przybliżeniu równe.


Ukształtowane według powyższych warunków sygnały superponują w prostym ukła-dzie sumatora liniowego () dając w wyniku odpowiedź o charakterystycznym kształcie schodkowym. Ta z kolei jest przekazywana do dyskryminatora progowego o progu dyskry-minacji przewyższającej nieco wysokość pierwszego schodka (piedestału). W efekcie dys-kryminator zmienia swój stan przewodzenia na czas równy szerokości schodka nad piede-stałem, równy (TSTART T ), uruchamiając na przeciąg tego czasu układ ładowania po-jemności akumulującej CA konwertera TAC stałym prądem Io. Z chwilą pojawienia się impulsu stopu, kończącego proces ładowania, napięcie wyjściowe osiąga wartość maksy-malną Vo MAX

(228)
Technika overlappingu jest inherentnie niewrażliwa na działanie „samotnych” im-pulsów startowych, dopuszcza natomiast możliwość generacji odpowiedzi przez parę im-pulsów wejściowych o przeciwnej sekwencji (stop-start). Jak wskazuje zależność (228) rezultat konwersji jest obciążony składową stałą VST = ( Io TSTART / CA ). Z jednej strony pociąga to za sobą konieczność zachowania wysokiej stałości zadanego hardware’owo interwału TSTART, z drugiej zaś - wykonania dodatkowych operacji arytmetycznych na sygnale wyjściowym.

Dla dopełnienia wymogu precyzyjnego zdefiniowania wartości TSTART oraz zapew-nienia jej wysokiej stabilności niemal z reguły stosowane są układy formowania impulsów na liniach opóźniających. Sposób ten ilustruje rysunek 148 przedstawiający schemat jednej z pierwszych realizacji w technice półprzewodnikowej [222]. Został on zapożyczony


z wcześniej szych opracowań w technice lampowej, których prawzorem był układ Greena i Bella [224] na lampie strumieniowej 6BN6 - nota bene skonstruowany na osnowie ukła-du koincydencyjnego Fishera i Marshalla [225].
Przypomnijmy, że kształtowanie skrajnie krótkich impulsów metodą różniczkowania na zwartej linii transmisyjnej nakłada wymóg bardzo dużej stromości czoła impulsu pierwotnego. W tym też celu w torze impulsów pierwotnych stosuje się często kaskady wzmacniacz - ogranicznik. Dla przejrzystości podanego wyżej schematu ten fragment układu został pominięty. „Wysmuklone” w nich impulsy przekazywane są za pośred-nictwem, ukazanych już, dopasowanych linii transmisyjnych na wejście układu z zapiętą na nim równolegle zwartą linią formującą (DL). Uformowany tu sygnał schodkowy jest monitorowany przez układ tranzystorowy pełniący zarazem funkcje dyskryminatora progowego oraz integratora prądu.

W jego stopniu wejściowym zastosowano szybki tranzystor krzemowy T1 spolaryzo-wany zaporowo w obwodzie emiterowym prądem pomocniczego wtórnika emiterowego T2. Obciążenie kolektorowe tranzystora T1 stanowi obwód całkujący utworzony przez kondensator akumulujący CA oraz bootstrapowany - działaniem wtórnika T3 – rezystor Ri (10 k). Obwód diody kotwiczącej (D) determinuje spoczynkowy prąd bazy tranzystora T2 w warunkach pozostającego w stanie odcięcia tranzystora wejściowego T1, ustalając punkt pracy wtórników w torze sygnałowym (T3 i T4). Przez racjonalny dobór amplitudy impul-sów wejściowych i poziomu odcięcia tranzystora T1 jest on odblokowywany wypiętrzonym fragmentem impulsu schodkowego na czas jego trwania twyp .Wobec ustalonej z założenia relacji między twyp a stałą czasową (Ri CA) całkującego obwodu obciążenia tranzystora T1


twyp << Ri CA, (229)

z dobrym przybliżeniem można przyjąć, że pojemność akumulująca CA ładowana jest peł-nym, stałym prądem kolektorowym. W efekcie uzyskuje się pożądaną liniową zależność między napięciem na pojemności CA a czasem przewyższenia piedestału twyp, co w osta-tecznym rezultacie prowadzi do brzmienia formuły (226). Formowany na CA impuls prze-kazywany jest bieżąco na wyjście układu za pośrednictwem, łagodzącego ostrość jego szczytu, czwórnika RC , oraz wtórnika T4.



Mnogość i różnorodność rozwiązań układowych nie daje się zamknąć w ramach ograniczonego objętościowo opracowania monograficznego. Wypada przeto odesłać zain-teresowanego tą problematyką Czytelnika do ogólnie dostępnych publikacji przeglą-dowych jak [205], [214] czy [226].

Pobieranie 12.62 Mb.

Share with your friends:
1   ...   53   54   55   56   57   58   59   60   ...   94




©operacji.org 2020
wyślij wiadomość

    Strona główna
warunków zamówienia
istotnych warunków
przedmiotu zamówienia
wyboru operacji
Specyfikacja istotnych
produktu leczniczego
oceny operacji
rozwoju lokalnego
strategii rozwoju
kierowanego przez
specyfikacja istotnych
Nazwa przedmiotu
Karta oceny
ramach działania
przez społeczno
obszary wiejskie
dofinansowanie projektu
lokalnego kierowanego
Europa inwestująca
Regulamin organizacyjny
przetargu nieograniczonego
kryteria wyboru
Kryteria wyboru
Lokalne kryteria
Zapytanie ofertowe
Informacja prasowa
nazwa produktu
Program nauczania
Instrukcja obsługi
zamówienia publicznego
Komunikat prasowy
programu operacyjnego
udzielenie zamówienia
realizacji operacji
opieki zdrowotnej
przyznanie pomocy
ramach strategii
Karta kwalifikacyjna
oceny zgodno
Specyfikacja techniczna
Instrukcja wypełniania
Wymagania edukacyjne
Regulamin konkursu
lokalnych kryteriów
strategia rozwoju
sprawozdania finansowego
ramach programu
ramach poddziałania
kryteriów wyboru
operacji przez
trybie przetargu