Jadrová elektronika

Hlavný zosilňovač (alebo tiež aj lineárny zosilňovač) sa v jadrovej elektronike používa:

• Na ďalšie zosilnenie signálu z predzosilňovača z úrovne mV na úroveň 0,1 – 10V, s možnosťou regulácie zosilnenia, aby bolo možné použiť rozličné detektory v rôznych oblastiach energii. V starších typoch zosilňovačov sa regulácia zisku vykonáva pomocou prepínačov - atenuátorov, v modernejších zosilňovačoch sa namiesto deličov napätia s prepínačmi používajú operačné zosilňovače s prepínateľným stupňom veľkosti spätnej väzby. Vstupný stupeň zosilňovača by mal každopádne byť malým zdrojom šumov, aby pri veľkom zosilnení sa nezhoršovalo energetické rozlíšenie.

• Na úpravu tvaru impulzov (F obr. n5) pre ďalšiu amplitúdovú analýzu pri rôznych rýchlostiach registrácie, keď hrozí nebezpečenstvo superpozície amplitúdy impulzov alebo posuvu základnej nulovej úrovne.

• Na optimalizáciu pomeru signál / šum pomocou zmeny šírky frekvenčného pásma zosilňovača (pomocou derivačnej a integračnej konštanty) podľa typu pripojeného detektora.

Obr. n5 Úprava tvaru impulzov v zosilňovači. Tvar impulzov: Na výstupe predzosilňovača. Po skrátení impulzu pomocou jedného derivačného článku CR Po úprave impulzu pomocou niekoľkých prechodoch cez integračný článok RC. Po úprave impulzu na bipolárny tvar.

Obr. m - 17 Náhradný obvod zosilňovača, so šírkou frekvenčného pásma Df=fh-fd, ktorej: horná hraničná frekvencia fh  závisí od vlastností hornopriepustného RC filtra (integračného článku s časovou konštantou ti) a  dolná hraničná frekvencia fd závisí od vlastností dolnopriepustného CR filtra (derivačného článku s časovou konštantou td)

Obr. m -17b. Príklad amplitúdovej frekvenčnej charakteristiky: 1-stupňového zosilňovača; 2-stupňového zosilňovača; 3-stupňového zosilňovača; Sklon charakteristiky po 2 stupni zosilňovača v oblasti f>fh sa zväčšil z -20dB na dekádu frekvencie (resp. z 12 dB na oktávu) na 40dB na dekádu frekvencie. V 3-stupňovom zosilňovači je sklon -60dB na dekádu.) Každý pridaný stupeň predstavuje vlastne pridanie ďalšieho integračného RC člena a zmenšenie Df=fh-fd.

Obr. m-18 Derivačný CR článok - jednoduchý spôsob na skrátenie trvania impulzu (skoku 1(t)).	Obr. m-19 Integračný obvod vplýva na tvar čela impulzu

Obr. m-20 Tvarovanie (skoku 1(t)) CR a RC článkom. Pri použití rovnakej časovej konštanty CR a RC článku bude tvar výstupného impulzu do 1,2t  tvarovať RC článok a koniec impulzu od 1,2t t do 7t  bude tvarovaný CR článkom.)

Spektrálna hustota "bieleho" (tepelného a výstrelového) šumu (F) nezávisí od frekvencie. Zmenšením šírky pásma zosilňovača Df=f_h - f_d (F obr. 17b ) možno preto zvýhodniť pomer signál/šum na výstupe zosilňovača. Najjednoduchšiu úpravu šírky pásma zosilňovača možno uskutočniť pomocou zapojenia vhodného derivačného a integračného článku. (F obr. m-17):

1. Použitímderivačného článku CR (s časovou konštantou t_d=CR) možno jednak:

• Skrátiť trvanie impulzov z detektora (F obr. n-3 a obr. n-4) a tým zmenšiť možnosť nasuperponovania impulzov  pri väčších početnostiach (F obr. n6) a tiež
• odfiltrovať zložky šumu (F) s frekvenciami nižšími ako je dolná hraničná frekvencia f_d = 1/(2pt_d) frekvenčného pásma zosilňovača tak znížiť úroveň šumov na výstupe zosilňovača.

2. Pomocou jedného alebo viacerých integračných článkov RC (s časovou konštantou t_h =CR) možno upraviť hornú hraničnú frekvenciu f_h= 1/(2pt_h) zosilňovača a tým ďalej zmenšiť Df=f_h - f_d a tým úroveň šumu.

Obr. n6  Úprava tvaru impulzu z výstupu fotonásobiča scintilačného detektora pomocou jedného derivačného člena CR, lokalizovaného v predzosilňovači. Tvar signálu na výstupe fotonásobiča Tvar signálu na výstupe predzosilňovača po skrátení impulzu pomocou jedného derivačného článku CR

Najjednoduchším spôsobom tvarovania impulzov v náhradnom obvode zosilňovača (Fobr. m-17) je skracovanie ich trvania pomocou CR derivačného článku nasledované ďalšou úprava tvaru pomocou integračného RC článku (priebeh 3 na obr.n5) z hľadiska potrieb zmenšenia šumu. Výsledná prenosová funkcia CR a RC článku má teda tvar (F obr. m-20).

Po skrátení trvania impulzu pomocou derivačného CR článku (Fobr. n6 ) ďalšia úprava tvaru impulzov sa realizuje v ďalších traktoch zosilňovača pomocou integračného RC článku predovšetkým z hľadiska potrieb dosiahnutia optimálneho pomeru signál-šum.

Optimálny pomer signál/šum možno dosiahnuť pri časovej konštante t_D=t_I=RC (pomocou časových konštánt t_i=t_d~0,1ms, až 100ms, najčastejšie 1-10ms, pretože t závisí od konkrétneho zloženia šumu - od veľkosti paralelnej a sériovej zložky šumu a od trvania impulzu z detektora), čo zodpovedá približne symetrickému tvaru amplitúdovej frekvenčnej charakteristiky prenosu s minimálnou šírkou frekvenčného pásma Df zosilňovača. Na základe toho po prechode článku CR a zosilňovačom oddeleného článku RC je:

Najjednoduchším spôsobom tvarovania impulzov z výstupu predzosilňovača je skracovanie ich trvania pomocou CR derivačného článku a ďalšia úprava tvaru pomocou integračného RC článku z hľadiska potrieb dosiahnutia optimálneho pomeru signál- šum. Pri použití ďalších integračných článkov sa zostrmí sklon (Fobr. 17b) frekvenčnej charakteristiky filtra Df v zosilňovači (a impulz nadobudne symetrickejší tvar) čím možno zlepšiť pomer signál/šum a tým aj energetické rozlíšenie. V súčasnosti sa vyššie spomínané pasívne RC a CR články používajú ako prvý krok na úpravu frekvenčnej charakteristiky v zosilňovači. Na ďalšiu úpravu frekvenčnej charakteristiky sa používajú tzv. aktívne filtre – operačné zosilňovače s pásmovým filtrom v obvode spätnej väzby (F obr. m-23 ).

	Obr. m - 21.  Porovnanie tvaru impulzov pre dosiahnutie optimálneho pomeru S/N. Ako kritérium je použitý faktor CF: optimálny "teoreticky navrhnutý" tvar, trojuholníkový impulz získaný pomocou ideálnej integrácie a oneskorenia, Gaussov tvar - výsledok tvarovania (CR+RCn)), Semi Gaussov tvar - výsledok tvarovania (CR+RC5), Tvarovanie (CR+RC)
Pre bipolárny impulz tvarovaný: (CR)2+RC je CF=1,68 úsekom kábla je CF=1,38

 

Obr. m - 22.  Semi Gaussovo tvarovanie pomocou (CR+RCn). Zvyšovaním počtu integračných RC článkov sa tvar impulzu stáva symetrickejším.

 

Obr. m - 23. Príklad tvarovania pomocou aktívneho filtra - metóde tvarovania založenej na použití operačného zosilňovača so spätnou väzbou namiesto jednoduchého integračného článku.

Z hľadiska dosiahnutia optimálneho pomeru signál/šum majú optimálny tvar impulzy s exponenciálnym čelom a tylom (teoretický namodelovaný tvar impulzu s rovnakou časovou konštantou podľa priebehu a) na obr. m-21 , ktorý je v praxi nerealizovateľný a nevhodný pre meranie na prevodníku A/D, podobne ako aj trojuholníkový tvar impulzu na obr. m-21-b ). Najlepšou technicky realizovateľnou aproximáciou týchto teoretických tvarov impulzov je symetrický zvonovitý impulz (Gaussovho rozdelenia na obr. m-21-c).  Takýto filter možno zhotoviť reálne pomocou jedného derivačného článku CR a n=20 integračných článkov RC, z ktorých každý je oddelený operačným zosilňovačom. Nevýhodou takejto realizácie z pasívnych CR a RC článkov je veľké zoslabenie amplitúdy impulzu po prechode cez n integračných článkov (a n oddeľovacích zosilňovačov). V aktívnom filtre zhotovenom pomocou jedného operačného zosilňovača a frekvenčnej priepuste (komplikovanejšieho štvorpólu s vlastnosťami filtra prepúšťajúceho signál s určitými frekvenciami) v obvode spätnej väzby možno zhotoviť jednoduchšie požadovanú filtráciu, poprípade aj iný spôsob tvarovania, odlišný od tvaru Gaussovej funkcie (napríklad priebeh CR+(RC)⁵ na obr. m-21-d). 

V tabuľke  na obr. m-21  je na ohodnotenie kvality potlačenia šumu, v dôsledku uvedeného  tvarovania uvedený pomerný koeficient šumového náboja CF, vztiahnutý na optimálny tvar z obr. m-21-a . Napríklad priebeh d) na obr. m-21 (s tvarovaním CR+(RC)⁵) má pri CF=1,16 len o 4% horšie vlastnosti ako priebeh c) na obr. m-21 (s tvarovaním CR+(RC)ⁿ ), čo len potvrdzuje zbytočnosť veľanásobnej integrácie (hlavne ak uvážime skomplikovanie zapojenia, nakoľko každý ďalší článok musí byť oddelený operačným zosilňovačom).

V jednotlivých stupňoch hlavného zosilňovača, podobne tiež v niektorých predzosilňovačoch, sa používajú kondenzátorové väzobné články na prepustenie striedavého signálu a oddelenie od jednosmerného napätia, vďaka čomu možno vylúčiť zosilňovanie jednosmerného predpätia a drejf jednosmernej úrovne. Väzobný kondenzátor a vstupný odpor nasledujúceho zosilňovacieho stupňa tvoria derivačný CR článok.

Obr. m-24a Dvojnásobné tvarovanie pomocou derivačného článku s rovnakou časovou konštantou môže spôsobiť vznik podkmitu

 

Obr. m-24b Ilustrácia vzniku podkmitu pri impulze z výstupu nábojového zosilňovača na obr. m-7 (Trvanie čela impulzu závisí predovšetkým od trvania zberu elektrónov a dier a je krátke - niekoľko nanosekúnd. Trvanie tyla impulzu určuje časová konštanta RFCF v obvode spätnej väzby.) Obrázok ilustruje chybu pri meraní rýchlo za sebou sledujúcich impulzov v prípade použitia CR tvarovania s podkmitom. Susedný obrázok ilustruje úpravu na skompenzovaný derivačný člen na vstupe predzosilňovača, ktorý pri voľbe RFCF=RpZCD odstráni podkmit podobne ako pre impulz zo scintilačného detektora na obr. m-25.

 

Viacnásobné skracovanie trvania impulzov pomocou derivačného CR článku v procese zosilňovania signálu môže sprevádzať následný podkmit skráteného impulzu (na obr. m-24 po tvarovaní CR-RC-CR článkami podkmit 35% amplitúdy). V dôsledku prechodového javu podkmitu vzniknutá zmena základnej "nulovej" úrovne sledujúca  tvarovaný signál, môže byť príčinou menej presného odmerania amplitúdy impulzu. 

Obr. m-25 Porovnanie tvarovania pomocou: CR článku (s podkmitom),  skompenzovaného CR článku.

Vhodnou úpravou CR člena na tzv. skompenzovaný derivačný článok (F obr. m-25) možno dosiahnuť, aby prechodový jav ustaľovania amplitúdy bol bez podkmitu. (Anglický názov metódy - Pole Zero Cancellation - naznačuje postup, v ktorom sa vykompenzuje účinok člena polynómu prechodovej funkcie z čitateľa (tzv. pólu) členom polynómu funkcie z menovateľa (tzv. nulou)). Skompenzovaný derivačný článok na obr. m-25 tvorí okrem základného C_DR_D derivačného článku ešte rezistor R_pZ paralelne zapojený s kondenzátorom C_D.

Prenosová funkcia skompenzovaného CR článku:

Prenosová funkcia skompenzovaného CR článku po dosadení exponenciálneho tvaru impulzu zo scintilačného detektora s dosvitom t_S a vhodne zvolenými parametrami R_pZC_D skompenzovaného CR článku:
Pri vhodnej voľbe t_S=R_pZC_D sa menovateľ (“nula”) prenosovej funkcie  vykompenzuje čitateľom (pólom) prenosovej funkcie (p+1/t_S)=(p+1/C_DR_pZa výsledný časový priebeh impulzu bude mať exponenciálny tvar bez podkmitu (Pole Zero Cancellation - zrušenie pólu nulou).

Táto metóda kompenzácie samozrejme predpokladá tvar impulzu, v ktorom tylo vstupného impulzu má exponenciálny spád s jedinou časovou konštantou (na obr. m-25 - t_S, resp. na obr. m-24b - R_FC_F). Preto možno takúto kompenzáciu použiť  medzi výstupom z predzosilňovača a prvým stupňom hlavného zosilňovača za predpokladu, že ostatné použité CR články (napríklad oddeľovací kondenzátor medzi detektorom a predzosilňovačom na obr. m-8) sú tak zvolené, že neovplyvňujú tvar impulzu.

Na skrátenie trvania "rýchlych" impulzov (s krátkym trvaním čela) možno použiť tvarovanie impulzu pomocou oneskorovacieho vedenia (F). Pre tvarovanie krátkych impulzov sa využívajú vlastnosti vedenia ako obvodu s rozloženými parametrami (F):

• vlastné prenosové oneskorenie impulzu cez kábel o určitej dĺžke a  
• odraz na neprispôsobenom úseku vedenia.

Obr. m-27a  Zapojenie na skrátenie trvania impulzu z fotonásobiča pomocou neprispôsobeného úseku kábla (na konci kábla je menší odpor RT ako je vlnový odpor kábla Z0, v dôsledku čoho vzniká odraz s opačnou amplitúdou na konci vedenia )

Obr. m-27b Objasnenie spôsobu skrátenia trvania impulzu pomocou neprispôsobeného úseku kábla ukončeného: so skratom, menším odporom RT<<Z0 ako je vlnový odpor kábla Z0. Úsek kábla oneskoruje prechádzajúci cez neho impulz o interval td. Odrazený impulz sa po uplynutí intervalu 2td zloží s pôvodným impulzom a vytvaruje sa obdĺžnikovitý impulz o trvaní 2td. V oboch prípadoch prispôsobenia kábla vzniká na konci vedenia odraz s opačnou polaritou, len s rôzne veľkou amplitúdou, resp. rôznym podkmitom (V prípade RT<<Z0 s odrezaným podkmitom - ak sa podarí zosúhlasiť amplitúdu odrazenej vlny s poklesom vrcholu priamej vlny).

Na obrázku m-27  je uvedený spôsob  tvarovania pomocou úseku kábla, ukončeného skratom, používaný pri úprave tvaru impulzov z fotonásobiča. Impulz na vstupe („rýchleho“ - širokopásmového) zosilňovača, ku ktorému je pripojený úsek kábla o dĺžke l, sa rozdelí a jeho časť sa šíri pozdĺž tvarovacieho kábla. Po uplynutí intervalu t_d=l /v (ktorý závisí od dĺžky kábla la rýchlosti v svetla v dielektriku kábla) sa impulz odrazí od skratovaného zakončenia kábla a s posunom fázy 180° sa invertovaný impulz šíri opačným smerom. Po uplynutí intervalu 2t_d sa tento odrazený impulz odčíta od pôvodného tak, že sa (približne) získa obdĺžnikový impulz o trvaní 2t_d. 

Pri dokonalom prispôsobení vlnového odporu kábla k výstupnému odporu obvodu v mieste pripojenia kábla nedochádza k neželaným odrazom impulzov, takže pomocou krátkeho kúska kábla (s malým útlmom ) so skratom na konci sa vytvaruje  obdĺžnikovitý impulz, ktorého trvanie čela zodpovedá trvaniu tyla impulzu (tvar priameho a odrazeného impulzu sú prakticky zhodné). V praxi aj veľmi kvalitný kábel má určitý útlm a následne za impulzom sa vytvorí "vlečka"  (F obrázok m-28b). "Vlečúci sa chvost impulzu" možno zmenšiť pomocou úpravy sklonu vrcholu priameho impulzu (pomocou derivačného CR článku podľa obrázku m-28a) alebo zmenšením amplitúdy odrazeného impulzu (pomocou nedokonalého skratu (R_T<<Z₀) na konci kábla podľa obrázku m-27).

Obr. m-28  Dvojstupňová úprava tvaru - najprv pomocou derivačného CR článku a následne pomocou odrazu na skratovanom úseku kábla  na trvanie 2TD. Aby tvarovanie bolo bez mnohonásobných odrazených impulzov musí byť vlnový odpor kábla a výstupný odpor zosilňovača dokonale prispôsobený. (V zapojení sa predpokladá, že výstupný odpor zosilňovača Rout  je menší ako vlnový odpor kábla Z0 a odpor R0=Z0-Rout slúži na prispôsobenie a tým na potlačenie ďalších odrazov.)  Pri kábli s malým útlmom sa odrazená vlna (4) a vstupná vlna (1) na odpore R0  odčítajú a vytvaruje sa impulz o trvaní 2TD, ktorého trvanie čela zodpovedá trvaniu tyla impulzu). V prípade útlmu amplitúdy pozdĺž kábla (čiarkované priebehy) má odrazená vlna (3) menšiu amplitúdu a po odpočítaní sa u výsledného priebehu vyskytne "vlečúci sa chvost" (2). Ak sa podarí pomocou vstupného derivačného CR článku docieliť, že vrchol impulzu bude mať vhodne malý sklon (napätie u(2TD) na konci vstupnej vlny bude rovné amplitúde utlmenej odrazenej vlny), tak potom možno značne zmenšiť amplitúdu "vlečky"). Derivačný CR článok slúži teda na hrubé skrátenie trvania impulzu - na impulz s malým poklesom vrcholu impulzu.

Obr. m-29  Princíp skrátenia trvania impulzu pomocou oneskorovacieho vedenia a diferenciálneho zosilňovača. (V zapojení sa predpokladá, že výstupný odpor zosilňovača Rout  je menší ako vlnový odpor kábla Z0 a odpor R0=Z0 - Rout slúži na prispôsobenie a tým na potlačenie ďalších odrazov.)  Na rozdiel od tvarovania na obr. m-27 a obr. m-28 je trvanie impulzu TD, nakoľko impulz prechádza  cez kábel  len raz.  Na vytvorenie rozdielu impulzných priebehov sa využíva operačný zosilňovač.

Pri vysokých početnostiach registrovaných impulzov dochádza k hromadeniu náboja na sériovom oddeľovacom kondenzátore, čo môže spôsobovať posun jednosmernej zložky signálu. (Uvedený posun pri pravidelnej postupnosti impulzov ilustruje obr. m-32 a  posuv základnej nulovej úrovne pri vysokej početnosti impulzov ilustruje obr. n7) 
 

Obr. n7 Ilustrácia posuvu nulovej základnej úrovne (<>0V) pri vysokých početnostiach.

Posun nebude vznikať ak bude impulz bipolárny Fobrázok n5-4) a oddeľovací kondenzátor sa stihne nabiť a vybiť bez vytvorenia posunutej základnej úrovne (Fobr. m-32). Preto sa niekedy v zosilňovači upravujú impulzy na bipolárny tvar, ktorý zabezpečí rýchlejšiu obnovu náboja na sériovo zapojených kondenzátoroch. Energetické rozlíšenie dosažiteľné s pomocou bipolárnych impulzov je o 25 – 50% horšie než rozlíšenie, ktoré možno dosiahnuť s pomocou unipolárnych (nie príliš často sa vyskytujúcich) impulzov. Pre prípad, že dosiahnutie minimálneho pomeru signál/šum nie je rozhodujúce kritérium a dôležitejšie je eliminovanie posuvu základnej úrovne signálu možno použiť bipolárne impulzy. 

Obr. m-30 Porovnanie unipolárnych a bipolárnych impulzov, získaných na základe rôzneho tvarovania (pomocou oneskorovacieho vedenia, pomocou derivačného CR a integračného článku.)

Pre impulzy s dlhším trvaním sa využíva na bipolárne tvarovanie  dvojnásobný prechod cez derivačný CR článok (F obr. m-24a). Pre vysoké operačné rýchlosti možno vytvarovať (veľmi krátke) bipolárne impulzy (s veľmi rýchlym návratom výstupného signálu na nulovú úroveň ale so zhoršeným energetickým rozlíšením) s pomocou dvojice zosilňovačov a tvarovacieho kábla z výstupom nakrátko podľa obr. m-31. Úprava tvaru impulzov na bipolárny tvar sa používa aj pri časových meraniach (F), keď rozptyl trvania nárastu amplitúdy impulzu môže spôsobovať zhoršenie presnosti určenia okamihu vzniku referenčného časového impulzu. Okamih zmeny polarity bipolárneho signálu (získaného úpravou unipolárnych impulzov so scintilačných detektorov, ktoré majú krátke trvanie čela impulzu s pomocou oneskorovacieho vedenia) je totiž presne fixovaný v čase. 
 

Obr. m-31 Tvarovanie bipolárneho impulzu pomocou dvojnásobného tvarovania pomocou kúska kábla so skratom na konci. Prechodom cez kábel (ta a späť) sa tvaruje impulz o trvaní ~2td.(td- oneskorenie vlny pri prechode cez kábel). Odpor R0 - slúži na prispôsobenie výstupného odporu zosilňovača k vlnovému odporu kábla (podobne ako na obr. m-28).

Možnosť alternatívy voľby unipolárneho alebo bipolárneho výstupu sa v niektorých zosilňovačoch technicky realizuje tak, že okrem konektora pre unipolárny výstup sa môže vyskytovať ešte ďalší bipolárny výstup:

• ktorý je vhodné použiť pri vysokých početnostiach na rýchlu obnovu nulovej úrovne signálu,
• ktorý môže slúžiť pre odvodenie referenčného časovacieho signálu (F) pre nulový diskriminátor (po úprave tvaru impulzu zo scintilačných detektorov dvojnásobne derivovaný signál, ktorý málo závisí od amplitúdy impulzu).

Obr. m-32 Ilustrácia vzniku posunu základnej nulovej úrovne pri: pravidelne sa vyskytujúcej postupnosti obdĺžnikových impulzov (posunutá základná úroveň rozdeľuje náboj ktorým sa nabíja a vybíja oddeľovací kondenzátor - plochy impulzov nad a pod základnou "nulovou" úrovňou sú rovnaké a kondenzátor zostáva nabitý), nepravidelne (štatisticky) sa vyskytujúcich impulzoch. (Vzniknutý posuv základnej úrovne ovplyvňuje meranie amplitúdy impulzov.)

Na výstupe hlavného zosilňovača sa môžu vyskytovať aj neželané podkmity napr. od mnohostupňového tvarovania signálu, ktoré sa nepodarilo odstrániť pomocou skompenzovaného derivačného článku, pretože tylo týchto impulzov nemalo spád charakterizovaný jednou časovou konštantou (F obr. m-24a). Poprípade pri vysokých početnostiach impulzov, keď dochádza posuvu základnej úrovne na stranu opačnej polarity signálu vplyvom zostatkového náboja na väzobných kondenzátoroch. Obr. n7 ilustruje posuv a fluktuácii strednej hodnoty základnej " nulovej" úrovne pri vysokých rýchlostiach sledovania impulzov. Princíp vzniku posuvu objasňuje obr. m-32kde v dôsledku nerovnomerného nabíjania a vybíjania väzobného kondenzátora (plochy impulzov nad a pod základnou "nulovou" úrovňou v ustálenom stave sú rovnaké a kondenzátor zostáva nabitý). Pre spektrometrické meranie pomocou prevodníka A/D by základná úroveň mala byť 0V a každá fluktuácia nulovej úrovne, náhodne sa vyskytujúca vedie k zošíreniu spektrálnej krivky a tým  k  zhoršeniu energetického rozlíšenia. 
 

Obr. m-33 Princíp funkcie obvodu na obnovu základnej jednosmernej úrovne - vo vhodných okamihoch počas absencie signálu  odvádzať pomocou ovládaného spínača náboj z väzobného kondenzátora.

Pomocou špeciálnych obvodov na stabilizáciu (obnovu) základnej úrovne BLR (Base line restorer) možno zredukovať na minimum jednosmerný posuv základnej  " nulovej" úrovne za väzobným kondenzátorom v prípade výskytu "zhluku" impulzov s veľkou početnosťou. Princíp činnosti obvodu BLR, založeného na použití kontaktu relé, ilustruje obr. m-33. (Pri nízkych početnostiach je kontakt rozpojený.) V moderných, tzv. aktívnych obvodoch BLR funkciu relé zastáva tranzistor FET, ktorý po dosiahnutí maxima impulzu (s oneskorením na trvanie štandardne očakávaného impulzu) sa automaticky skratuje na nulový potenciál na dobu zadanú časovou konštantou tvarovania impulzu. Takáto obnova jednosmernej úrovne signálu sa najčastejšie vykonáva vo výstupnom stupni hlavného zosilňovača alebo v špeciálnom module, ktorý sa zapája za výstup hlavného zosilňovača. Je tiež potrebné mať možnosť odpojiť obvod BLR pre prípad kontroly alebo pri meraní impulzov s nízkymi početnostiami, kde bez použitia BLR možno dosiahnuť lepšie energetické rozlíšenie.

Obr. n8. Fluktuácia základnej úrovne pri vysokých početnostiach impulzov: bez vplyvu na posuv základnej úrovne, superponovanie impulzu na podkmit predošlého impulzu, superpozícia dvoch amplitúd impulzov.

Obr. m-34 Ilustrácia základných prípadov superponovania impulzov s ohľadom na ich vzájomné oneskorenie DT - interval inšpekcie: oneskorenieDT je kratšie ako trvanie čela impulzov - impulzy možno len veľmi obtiažne rozlíšiť, oneskorenieDT je dlhšie ako trvanie čela impulzov - impulzy možno tvarovo rozlíšiť pomocou meracej aparatúry tak, že druhý impulz sa potlačí, aby prvý impulz mohol byť plnohodnotne zaregistrovaný.

Obr. n9 Princíp inšpekčného obvodu na eliminovanie nasuperponovaných impulzov: Monovibrátor, Integrátor, Diskriminátor Analógová časť elektroniky (spektrometrický kanál) je kontrolovaná impulzmi z "rýchleho kanálu" (monovibrátora, integrátora a diskriminátora). V prípade výskytu nasuperponovaných impulzov sa impulzom z diskriminátora cez lineárne hradlo zablokuje prístup na analyzátor.

Obr. m-35 Základné signály pri činnosti inšpektora nasuperponovaných (Pile-up) impulzov: Vstupný impulz s trvaním čela TP a trvaním impulzu TW,  TF - trvanie impulzu z "rýchleho" diskriminátora, TINS - trvanie inšpekčného intervalu, TINH - trvanie blokovacieho impulzu.

Obr. m-36 Ilustračný príklad efektívnosti potlačenia nasuperponovaných impulzov pri meraní spektra 60Co spektra pomocou Ge detektora  pri početnostiach 50 000 registrovaných udalostí za sekundu.

Často je "užitočný" zosilňovaný impulzný signál malej amplitúdy doprevádzaný impulzmi podstatne väčšej amplitúdy (F obr. n8 - impulzy spôsobené rôznymi zhlukmi nasuperponovaných impulzov alebo inými poruchami), ktoré nemožno vylúčiť z pozorovania.) Ak je veľkosť zosilnenia nastavená podľa potrieb na zosilňovanie impulzov s malou amplitúdou, dôjde pri vstupe veľkej amplitúdy impulzov (ktorá je už mimo dynamický rozsah lineárnej oblasti zosilňovania), napríklad na vstup bežného stupňa so spoločným emitorom, k obmedzeniu výstupnej amplitúdy (a tiež k saturovaniu vstupu zosilňovača a následnému predĺženiu impulzu vplyvom trvania rozptyľovania dodaného prebytočného náboja F) Vhodnou voľbou zapojenia napríklad pri použití zosilňovacieho stupňa s emitorovou väzbou (diferenčného zosilňovača (F), ktorý nie je citlivý na preťaženie, nakoľko pri zväčšení prúdu cez jeden tranzistor sa zmenší prúd cez druhý tranzistor a pretože celkový emitorový prúd je limitovaný nemôže dôjsť k preťaženiu) možno zabrániť preťaženiu vstupných obvodov zosilňovača veľkými prúdmi a následným predĺžením impulzu vplyvom trvania rozptyľovania dodaného náboja a tým spomalením korektnej činnosti zosilňovača ( F obr.6b).

Obr. n10 Vplyv preťaženia zosilňovača (príliš veľkou amplitúdou) na tvar unipolárneho impulzu: 1 - Príklad tvaru unipolárneho impulzu z výstupu zosilňovača pri vstupnej amplitúde v rámci dynamického rozsahu zosilňovača.  2 - Pri príliš veľkej amplitúde na vstupe zosilňovača dochádza nelineárnemu zosilneniu, až k obmedzeniu amplitúdy impulzu (preťaženiu vstupných obvodov zosilňovača) X - Dôsledok nelineárneho zosilnenia (a procesu rozptyľovania prebytočného náboja) môže byť napríklad aj vznik podkmitu amplitúdy.

Obsah prednášky z jadrovej elektroniky:

F	Detektor
F	Predzosilňovač
F	Šum na výstupe zosilňovača
F	Hlavný alebo lineárny zosilňovač
F	Analýza amplitúdy impulzov
F	Časová analýza impulzov
F	Štandardizovaná aparatúra pre jadrovo - fyzikálny experiment

  

Pokračovanie