几种常用时变和非线性电路---复旦大学精品课程

调查问卷情况1.PPT清楚吗？a)清楚；21b)不清楚；c)有些地方需要改进。12.授课内容课上能听懂a)一小部分；b)一半；7c)大部分；14d)全部。1听不懂的部分是因为：a)老师没讲清楚；b)自己没有认真听；13c)老师讲得太快，没跟上。5还有一人：基础没打好；两人：b，c都有3.每次课内容是否过多？a)还可以；18b)太多。44.老师讲课时是否思路清晰、重点突出？a)清晰、突出；20b)不清晰、不突出；c)不够清晰和突出，需要进一步改进。25.老师讲课时语言是否精炼？语速是否过快？a)不够精炼，语速过快；b)比较精炼，语速过快；4c)不够精炼，语速还可以；2d)比较精炼，语速还可以；16e)其他情况，请指明：6.你希望老师在以后的讲课过程中改进那些地方？加些例题2三节课太累4课前发PPT2电路分析再详细些2讲课速度再慢些1几种常用时变和非线性电路•线性门：控制信号能否通过的时变线性电路。•展宽器：能把信号的峰顶展宽的电路。•堆积判弃电路：判断是否堆积并进行丢弃的电路。•基线恢复器：消除基线偏移和涨落的电路。线性门控制信号能否通过的时变线性电路。用来在时阈里对信号进行筛选或采样。线性门是传输信号的一个门电路，在控制信号（门控信号）作用下，可以有两个状态：–开门：线性门开放，脉冲信号以最小畸变通过线性门，传输系数为一常数，通常取1；–关门：线性门关闭，脉冲信号无法通过线性门，即它的传输系数为0。(a)线性门示意图(b)线性门等效电路，模拟开关(c)理想线性门的输出波形实际线性门输出波形主要用来传输正信号！电阻二极管线性门原理图开门时：开关S断开（在位置2），在有正信号输入时，二极管D截止，信号通过电阻R传送，图中RL为负载电阻，RRL112VRRRVVLL关门时:开关S闭合（在位置1），电流源I的电流通过D，只要条件满足D始终导通，输出端被钳位在零电平附近。IRV1电阻二极管线性门实际电路电平转换电路电流开关线性门小结•既有做成独立插件的线性门，也有用在仪器内部的线性门。指标要求亦不同，视具体情况而定。•除了上面讲到的传输正信号的线性门，还有传送负信号的线性门。线路形式相同，只需改变某些非线性元件及其接法即可。展宽器•展宽器:能把信号的峰顶展宽的电路。–模拟展宽器:在模拟信号处理中，有时需将模拟信号幅度信息暂时保存起来，另外有时便于放大，需将窄脉冲展宽等。–逻辑展宽器:与模拟展宽器原理基本相同，将逻辑信号展宽的电路。模拟展宽器示意图输出为模拟信号，幅度与输入信号幅度相等。模拟展宽器实例由于展宽器存在一定的上升速率和稳定时间，输入信号必须具有足够的平顶宽度才能使电容电压达到稳定值。有一定下垂，由于运放有一定的输入电流，D有反向电流，开关S有漏电流。电容上电压几乎直线上升，运放工作在非线性区，以最大输出电流对电容充电。逻辑展宽器特点：无论前一信号引起的Tip是否结束，下一个输入信号总是从它输入时算起，使输出逻辑电平维持Tip。用途：可用来在每一个输入信号之后的一定周期Tip内监测系统中某些逻辑功能动作是否发生，从而进行不同的处理。逻辑展宽器实例保持电容恒流源隔离M3的输入电流对电容充放电过程的影响逻辑展宽器不要求精确地保持输入信号幅度信息，因此没有反馈运算放大器逻辑展宽器能检测随机信号间隔是否小于某预定值的功能，在核电子学中处理随机信号是十分有用的。（见后面的堆积判弃电路）•堆积判弃原则•堆积判弃电路原理•死时间校正和允许最高计数率堆积判弃电路堆积后的输出波形Tw为信号峰部的宽度，Tm为达峰时间堆积判弃原则三种峰堆积情况：T为两信号的间隔，忽略尾堆积TTw-TM两信号峰值均无畸变；TMTTw-TM仅后一信号峰值畸变，后一信号应舍弃；0TTM两信号峰值均畸变，两信号均应舍弃。堆积判弃电路延迟时间应大于快甄别器输出脉冲宽度模拟信号•从堆积判弃电路分析中我们知道在监察信号的时间Tip内，如果再有信号输入都要被舍弃，因此监察时间就是堆积判弃电路所产生的死时间，这个死时间内不能记录输入信号。•计时电路就不应把这个时间计入测量时间，而应从总的测量时间（实时间）中扣除这个死时间得到活时间，由于测到的总计数除以活时间就是信号计数率，这种办法称为死时间校正。虽然堆积信号被舍弃，但其计数损失得到了校正。死时间校正•逻辑展宽电路对每一个信号都要给出持续时间为一个监察周期的信号输出，当在监察周期Tip内又出现的信号可以再维持一个监察信号的宽度。输入信号的计数率增高到1/Tip时，监察周期的持续时间可以一直持续下去，即死时间也一直持续下去，使可以记录到的信号趋近于0。•所以：对堆积判弃电路来执行堆积信号判别时，对输入的计数率有一定的要求。如果计数率过高，则输出计数率反而更小，所需要的测量时间更长。允许最高计数率•基线恢复原理•CD基线恢复器•门控基线恢复器基线恢复器尾堆积使信号的基线发生涨落无尾堆积的系列脉冲通过CR网络时由于电容器上电荷在放电时间内，未能把充电的电荷放光，那么在下一个脉冲到达时，电容器上的剩余电荷将引起这个新出现脉冲的基线偏移。结果使能谱峰位移动及能量分辨率变坏，在高计数率时尤为突出。基线偏移现象设想有一种元件或电路，能跟踪基线的变化，在信号到达之前，随时随地记录当前的基线电平，一旦信号到达，它能完成该信号（包括基线电平）减去信号到达前瞬间的基线电平的功能，从而得到真正的信号电平，这就是基线恢复器的基本原理。基线恢复原理理想的基线恢复器CD基线恢复器最简单的基线恢复器是由电容和二极管构成，二极管D近似起到开关S的作用。此电路对于单极性正输入信号，具有一定基线恢复功能。由于二极管正向导通电阻值在导通电压之下时变得很大，因此影响基线恢复速度。不为零在放大器的开环增益为A时，D的等效正向内阻减小到原来的1/(1+A)。这种带有放大器的基线恢复器称为有源基线恢复器，没有放大器的则称为无源基线恢复器。有源CD基线恢复器由于二极管的正向内阻在管压降减小到导通电压以下时变得很大，为了改善这一点，可以利用一个放大器来减小D的等效正向内阻。输入双极性信号时基线变化速度快于电容的跟踪速度（由电容和二极管的反向电阻决定）时(a)(b)1v2v1vcv2vcv0V0V0V•只适应单极性信号，若信号存在下冲，下冲过后基线恢复器的速度很慢（由电容和二极管的反向电阻决定）；•基线迅速上升时（即基线变化速率较大时），由于二极管反向电阻较大，因而C上电压跟不上基线变化，造成在一段时间内输出电压还会叠加上一定基线电平，因而在基线变化速率不大时才能比较好地发挥作用。CD基线恢复器的缺点其他类型的基线恢复器只要输入信号基线电平上升速度小于电容的跟踪速度（此时，由电容和恒流源电流决定I/C），此电路可以比较迅速地跟踪信号基线。但如果要使信号通过期间避免幅度损失，需要开关控制电路使S打开，线路复杂。CDI有源基线恢复器ＡS011vＣＤsvI2vcv无源对称CDD基线恢复器:双极性脉冲的基线恢复+_C+_VR1D2DA1v2v12IkI2Icvci有源非对称CDD基线恢复器:单极性脉冲的基线快速恢复门控基线恢复器通过设置IB1和IB2的关系，可以得到对称和非对称的基线恢复器。基线恢复器小结•基线恢复原理（重点）•基线恢复器一般加在谱仪放大器后几级或最后，它不改变谱仪放大器输出波形，就可以恢复信号尾堆积引起的基线偏移和抑制各种慢变化引起的基线偏移。•谱仪放大器由于加了基线恢复器后它的噪声也会有所增加。•多种基线恢复器，适用于在不同情况下（信号极性、基线变化速度等）对基线的恢复–CD基线恢复器：单极性、基线变换速度较慢，由二极管的反向电阻和C决定；–CDD对称基线恢复器：双极性、基线变化速度由I和C决定；–CDD非对称基线恢复器：单极性、基线恢复速度较快，由k、I和C决定–门控基线恢复器：极性和基线恢复速度取决于对称还是非对称。谱仪放大器原理方框图作业•什么是信号的峰堆积和尾堆积？它们给信号幅度会带来什么样的影响？会带来什么样的谱形畸变？在实际应用上是怎样减小这些畸变的？