книги из ГПНТБ / Мяздриков О.Я. Дифференциальные методы гранулометрии

его охлаждения. Первый путь внешне более прост, но требует разработки специальных конструкций, что, как

ратурах.

Так, при охлаждении сурьмяно-цезиевого катода жид­ ким азотом его термоэмиссионный £т ток уменьшается в 104 раз, и, следовательно, пороговая чувствительность повышается на два порядка. Эффективно и применение схем совпадений. В этом случае световой поток направ­ ляется сразу на два ФЭУ, а на выходе устройства реги­ стрируются только те импульсы, которые возникают од­ новременно. Для анализа существенное значение имеют импульсные параметры ФЭУ. Проводя известную анало­ гию с сцинтилляцпонными счетчиками, можно написать

Разброс значений параметров Тф, Сф, G и некоторые други.е факторы приводят к тому, что при одной и той же величине энергии W амплитуды импульса на выхо­ де ФЭУ имеют различное значение. Следовательно, лю­

ранимыми и практически важно уменьшать их в каж­ дом конкретном случае.

150

В рабочей области изменения величины светового по­ тока характеристика ФЭУ линейна. Следовательно, при нелинейной зависимости амплитуды светового импульса от размера эта нелинейность не претерпит каких-либо изменений в процессе прохождения сигнала по каскадам •ФЭУ. Поэтому нелинейный функциональный усилитель является обязательным элементом, который позволяет согласовать динамические диапазоны источника сигна­ ла, содержащего ФЭУ, с анализирующей аппаратурой. В связи с этим представляет интерес создание ФЭУ с собственно нелинейной амплитудной характеристикой.

4. ЭЛЕКТРОННЫЕ УСТРОЙСТВА ДЛЯ АНАЛИЗА АМПЛИТУД ИМПУЛЬСОВ

Анализ импульсов по их амплитудам может быть осу­ ществлен с помощью амплитудных дискриминаторов как

выбираются значительно больше, чем прямое сопротив­ ление этих диодов, а поэтому падение напряжения на них незначительно. При поступлении с конденсатора С входного импульса положительной полярности срабаты­ вает диод Du причем напряжение, при котором форми­ руется выходной сигнал, определяется положением

151

перемещения движков. Моменту открытия диода D[ со­ ответствует положительный скачок напряжения на ре­ зисторе ~R2 и наоборот. Таким образом, именно на этом элементе схемы формируется выходной импульс, когда амплитуда входного импульса больше напряжения, сни­ маемого с резисторов R 3 , R4.

В качестве интегрального амплитудного дискримина­ тора можно использовать и схему запертого усилителя. Но такому дискриминатору присущ большой дрейф поро-

Рис. 56. Схема дискриминатора с катодной связью

га дискриминации за счет колебаний напряжений пита­ ния, сеточных токов и т. д. Не свободны от этого недо­ статка и некоторые усложненные схемы.

Поэтому более широкое применение получили спус­ ковые схемы с катодной связью (рис. 56). Схема имеет две гальванические связи: первая сетка "лампы Л2 свя­ зана с анодом лампы ЛУ через делитель R Z , Ra\ обрат­ ная связь осуществляется через общее катодное сопро­

стояния дискриминатора происходит в тот момент, ког­ да амплитуда входного сигнала превосходит некоторое пороговое значение напряжения на первой сетке лампы Л\. В этом состоянии неустойчивого равновесия дискри­ минатор будет находиться до тех пор, пока напряжение на управляющей сетке лампы не упадет до значения, более низкого, чем то, при котором произошло первое

152

Перемещение движка потенциометра R 2 вверх уве­ личивает положительный потенциал сетки лампы Л\. Следовательно, амплитуда входного импульса, необхо­ димая для опрокидывания схемы, будет уменьшаться на величину изменения напряжения на сетке. Схема нор­ мально работает до тех пор, пока разность потенциа­ лов на сетке лампы Л\ и катодов обеих ламп не будет поддерживать лампу Лх в закрытом состоянии. Устрой­ ства, подобные рассмотренному, четко' срабатывают, на­ чиная от напряжений 2—3 В.

Одним из способов уменьшения порогового напря­ жения дискриминатора является включение диодов в це­ пи прямой или обратной связи при выполнении требо­ вания, что в исходном состоянии условие, определяющее опрокидывание схемы, не выполняется. Пример такой схемы приведен на рис. 57.

Вотличии от схемы, рассмотренной выше, элементы

иих режимы подобраны таким образом, что обе лампы открыты. Однако релаксационные колебания не возни­ кают, так как анодная нагрузка лампы Л\ зашунтирована диодом, который открыт. Последнее достигается

подбором сопротивлений резисторов R \ и R 2 . При по­ ступлении на вход положительного импульса возрастает анодный ток лампы Л\, потенциал ее анода понижается, закрывается диод Dy и начинает закрываться лампа Л2. После окончания входного импульса схема возвращает­ ся в исходное состояние и с выхода снимается импульс положительной полярности. Достоинство схем такого ви-

154

Рассмотренные схемы позволяют получить интеграль­ ные спектры, т.е. зависимости числа импульсов, ампли­ туда которых превосходит определенную величину, за­ даваемую порогом дискриминации, от значения послед­ него. Дифференцированием этой зависимости получают зависимость плотности распределения амплитуд, им­ пульсов, или дифференциальную кривую распределения. Однако такому методу присущ недостаток, который за­ ключается в том, что число импульсов (частиц) с ам-

Рис. 59. Блок-схема однокаиальиого анализатора (упрощенный вариант)

плитудами (размерами) находят и результате двух не­ зависимых измерений. Следовательно, относительная вероятная погрешность, определяемая выражением

точно велика. Это выполняется только в том случае, ког­ да числа импульсов /ц и щ-\ велики.

При ограничении предельно допустимых скоростей регистрации неизбежно увеличивается время на экспе­ римент, что приводит к росту погрешности результата за счет возможного изменения гранулометрического со­ става анализируемой полидисперсной системы. Поэтому рационально измерять не я,-, а Дя,-, что осуществляется с помощью дифференциальных амплитудных анализато­ ров, простейшим из которых является одноканальный анализатор (рис. 59).

Импульсный сигнал поступает одновременно на вхо­ ды двух дискриминаторов Dx и D2, причем порог дискри­ минации Z7j дискриминатора Di ниже порога дискрими­ нации U2 дискриминатора D2. Разность порогов Д £ / =

=U2—U\ называют шириной окна или канала. Импульсы

156

с выхода обоих дискриминаторов поступают на схе­ му антисовпадений СЛ. Если входной импульс вызыва­ ет срабатывание только дискриминатора нижнего уров­ ня D[, то это означает, что амплитуда данного сигнала заключена в пределах ширины канала. В этом случае срабатывает схема ан­ тисовпадений, на вы­ ходе которой возника­ ет импульс.

Вариант схемы антнсовпаденпй на полу­ проводниковых диодах показан на рис. 60. До прихода сигнала от дискриминатора D{ по каналу / через диод D{ протекает ток. Диод D2 закрыт, так как на его катод подано поло­ жительное напряжение смещения -\-Uc, вели­

чина которого больше потенциала точки а. Если по кана­ лу / поступает положительный импульс, то импульсный сигнал на выходе возникает только в том случае, когда

О, ли

Рис. 61. Типовая блок-схема одноканального анализатора

от дискриминатора D2 по каналу 2 одновременно ие бу­ дет подан отрицательный импульс.

Очевидно, что четкая работа схемы будет возможна только в том случае, когда временная задержка обоих сигналов и их форма будут одинаковыми. В противном случае схема может зарегистрировать большее число

157

антисовпадений, чем есть в действительности. Этот недо­ статок может быть устранен, если сигналы в каналах будут задержаны на некоторый интервал времени, превы­ шающий возможный максимальный случайный разброс во времени их возникновения.

Рассмотрим, как влияет форма сигнала на работу схемы. В реальных условиях даже при использовании формирующего устройства форма импульса отличается от прямоугольной, поэтому импульсы, поступающие от дискриминатора нижнего уровня, будут всегда шире вы­ ходных импульсов дискриминатора верхнего уровня и будут опережать их во времени. Это очевидно, так как дискриминатор верхнего уровня срабатывает всегда поз­ же дискриминатора нижнего уровня. Поэтому схемы ре­ гистрации амплитудного распределения импульсных сиг­ налов, практически решающие эти задачи, сложнее одноканального анализатора, приведенного на рис. 59.

На рис. 61 показана блок-схема наиболее часто встре­ чающегося варианта амплитудного дифференциального анализатора. От схемы, изображенной на рис. 59, она отличается наличием трех дополнительных элементов: схемы памяти СП, дифференцирующей цепочки ДЦ и схемы сложения СС. Допустим, что входной сигнал не попал в окно и сработали как верхний D2, так и ниж­ ний D[ дискриминаторы. Импульс с нижнего дискрими­ натора Di сразу поступает как на ДЦ, так и на СС. Схе­ ма сложения суммирует импульсы по длительности, т. е. с выхода этого элемента получается импульс, длитель­ ность которого равна сумме длительностей начального и продифференцированного импульсов нижнего дискри­ минатора Dx.

Необходимость схемы сложения вызвана тем, что продифференцированный импульс сдвинут во времени относительно конца импульса нижнего дискриминатора. Отрицательный импульс, выдаваемый СС, поступает на СП.

Вариант схемы памяти на диоде и триоде представ­ лен на рис. 62. Отрицательный импульс с выхода схемы сложения поступает на вход 2 схемы памяти и закрыва­ ет нормально открытый триод Л2, т.е. разрывает цепь разрядки конденсатора памяти Сп . Если в это время сработает верхний дискриминатор, то его импульс, по­ ступивший по каналу / через диод Л\, зарядит конден­ сатор Сп - По окончании этого импульса диод Л\ закры-

158

поддерживаться сигнал, исключающий прохождение про­ дифференцированного импульса от нижнего дискрими­ натора. Если входной сигнал попадает в окно, то сраба­ тывает только нижний дискриминатор. Лампа Л 2 закры­ вается и, следовательно, цепь разрядки конденсатора

антисовпадений.

Рассмотренная схема обеспечивает надежную работу анализатора в широком диапазоне длительностей вход­ ных импульсов, но не устраняет недостатков, обуслов­ ленных нестабильностью ширины окна. Повысить ста­ бильность порогов дискриминации можно путем подачи исследуемого сигнала на дискриминаторы через порого­ вый усилитель, называемый обычно экспандером (рас­ ширителем). Характеристика экспандера такова, что он не пропускает сигналы, амплитуда которых ниже опре­ деленного порога, и усиливает те сигналы, амплитуда которых превышает этот порог. В качестве экспандера может быть использован запертый усилитель-дискрими­ натор и другие схемы.

Как следует из графика, приведенного на рис. 63, ко­ эффициент усиления экспандера равен нулю для вход-

J59