|
|
|
тивлений, а сопротивления емкостей Ct » |
С j Cs очень |
малы и ими можно пренебречь. Особое место |
занимает диф |
фузионная емкость |
которую многие авторы [29 ] не |
включают в рассмотрение. |
Если ее учитывать, то схема |
распадается на два четырехполюсника, которые можно ана лизировать обычным образом. Б случае же, когда <9 от брошено, схема несколько усложняется (изменения показа ны на рис. 6.15 пунктиром), и нужно для перехода к че тырехполюсникам сделать некоторые преобразования, поз воляющие перейти к параметрам транзистора как четырех полюсника. Это тем более необходимо, что на практике может возникнуть необходимость в экспериментальном оп ределении параметров транзистора. Дело в том, что, хо тя принятая нами эквивалентная схема транзистора и име ет такие достоинства, как наглядность, физическая обо снованность, ей свойственны и недостатки, основным из которых является недоступность внутренней базовой точ ки Б' для присоединения измерительных приборов, т.е. непосредственное измерение всех параметров этой
схемы невозможно. Поэтому для выхода из положения при меняют теорию четырехполюсника, изображая триод как ак тивный четырехполюсник (рис. 6.16). При малых уровнях сигнала четырехполюсник считается линейным, и уравне ния его имеют вид:
|
и. |
- 'V / + /х,2и2 |
|
|
|
|
|
1£ |
^2/4 |
^/2и2 ‘ |
|
В данном случае взята |
fa -система (существуют |
Z, ^ |
- системы), в которой независш ми величинами |
являются входной ток и выходное напряжение, |
т.е. |
и jvf\ |
для схемы с общим |
эмиттером (03). |
Для опреде- |
ления параметров транзистора как четырехполюсника на
входе осуществляется режим холостого хода, |
а на выходе- |
режим короткого замыкания. Смысл величин ^ |
, |
у* |
таков: |
|
' sz |
|
|
Рис. 6.16
ft - входное сопротивление при коротком замыка нии на выходе ( иг = 0)*
^- обратный коэффициент передачи напряжения
hz{ |
|
при холостом ходе на входе ( if = 0) ; |
- |
прямой коэффициент передачи тока при ко |
Jt |
|
ротком замыкании на выходе; |
- |
выходная проводимость при холостом ходе |
|
|
на входе. |
Указанные параметры позволяют легко измерить пара метры транзистора: вначале осуществляется эксперимен
тальное определение ji |
- параметров, а затем по экви |
валентной схеме |
и переходным формулам оценивают физи |
ческие параметры транзистора. |
|
Задавая ток |
базы |
i $ |
и полагая ик.э = О »из |
меряют величины |
и э |
и i |
. Тогда справедливым, |
как видно из схемы, становится равенство |
«V = |
|
h{&0 |
+ ij г3 -tft ij г3 , |
о « у д а
|
ЛН |
»6_ |
|
|
4f |
|
|
|
|
Из второго уравнения находим |
|
|
|
* |
|
1к * |
|
h* z° ' r ? * T ^ i,f ’ |
|
|
|
/Г »Э |
о«уда |
hz1 ** Jh . |
|
Далее необходимо осуществить режим холостого хода, т.е. положить i§ = 0, а ик_э + О . Тогда ни перво го уравнения можно написать
|
1К * |
/ |
|
ик |
|
|
|
|
|
и к*э * 7 * ’ |
|
|
|
о«уда |
|
|
|
|
|
|
|
|
22 |
А г |
■ |
|
|
|
|
Второе уравнение дает |
|
|
|
|
|
и6 = А&ик~ |
|
*5 |
Ъ + гл |
и*. =* |
V |
ик> |
|
г*к+ гэ |
|
* |
|
|
|
|
|
|
откуда |
^ |
-4 |
• |
|
|
|
|
Как видно из полученных зависимостей, эксперимен тальное определение /г -параметров позволяет оценить физические параметры транзистора:
J* ** * Si |
± |
|
|
|
|
/, |
™f2 |
4 |
i |
flu |
+ |
lS S |
‘ |
' |
Эквивалентная схема усилителя с использованием h параметров примет более подходящий для анализа вид
(рис. 6.17).
Тахим образом, анализ усилителя в области средних частот трудностей не представляет. Учет влияния емкос
тей в области высоких частот также довольно просто осу ществить, если заменить г* в схеме, приведенной на рис. 6.17, сопротивлением z* : все остальные емкос ти будут представлять для сигнала короткое замыкание. Наиболее сложно произвести анализ влияния емкостей Ci , С&, Сэ » Cq • Обычно частотную и переходную характери стики определяет та емкость, постоянная времени которой значительно меньше других. Если они сравнимы, то чаще
определяют только спад |
вершины импульса и граничную ча |
стоту. Спад вершины J |
1 определяется по формуле |
- i
^ |
- |
постоянная времени i |
-й емкости; |
t u |
- |
длительность прямоугольного импульса на вхо |
|
|
де каскада. |
|
|
С^ и Сэ |
Для случая, когда постоянная времени |
значительно |
больше, чем у |
и |
С& , последние можно |
включить в схему (см. рис. |
6.17, |
пунктир). |
Справа в схе |
ме получается четырехполюсник с генератором тока на вхо де, а слева - второй пассивный четырехполюсник, который можно отнести к предыдущему каскаду как нагрузку.
Большое значение при анализе усилителей и прохожде нии по ним сигналов детекторов ЯИ имеет учет влияния шумов различного происхождения, которые суммируются с сигналом на входе усилителя, а так как природа сигнала и шума одна и га же (импульсные последовательности),то на выходе усилителя имеет место суммарный сигнал, за кон распределения которого обусловлен законом распреде ления шума и входного сигнала. В связи с этим часто встает задача выделения сигнала на выходе усилителя. В более простом случае шумы ограничивают чувствительность усилителя.
По происхождению шумы можно разделить на две группы:
-собственные шумы, обусловленные флуктуационными процессами в элементах усилителя;
-помехи, обусловленные внешними причинами, напри мер вибрациями, наводками.
Последние принципиально устранимы, первые же всег да имеют место в той или иной степени.
К собственным вумам относятся тепловые шумы, возни кающие во всех элементах, обладающих омическим сопро-
344
тивлением. Средний квадрат флуктуации тока в резисторе определяется формулой
|
|
и кТ |
|
|
У |
|
|
R |
где R |
- |
сопротивление резистора; |
к |
- |
постоянная Больцмана; |
Т- абсолютная температура;
Af - ширина частотной области сигнала, проходяще го через резистор.
Природа теплового шума заключается в возникновении мик ротонов или тепловом движении электронов. Это движение хаотично, и среднее значение тока равно нулю.
Большое значение придается другому флуктуационному ■уму - дробовому эффекту, возникающему вследствие дис кретной природы тока внутри активного элемента. Каждый носитель заряда, двигающийся меаду электродами, созда ет на его выходе свой импульс тока, т.е. выходной ток активного элемента состоит из суммы импульсов, форма которых примерно одинакова. Обусловлено это тем, что большинство носителей заряда выходит из одной плоскости и проходит одинаковый путь в однородном поле, появляют ся же они в разное время. Модель процесса имеет тот же вид, что и в ионизационной камере. Поэтому можно напи сать, что ток за счет дробового эффекта может быть пред ставлен в виде
N
|
i( t) |
= 2 'l (t~ |
|
|
к |
где |
- |
элементарный импульс тока, созданный |
|
|
на выходе активного элемента одним |
|
|
носителем; |
i k - момент появления к -го импульса.
Можно показать, что степень наложения элементарных кмпульео» велика. Для этого определим число импульсов, появившихся эа время длительности одного импульса при токе в I ма. Пусть время прохождения носителем расстоя ния между электродами равно *£ = 10“*®сек. Известно, что заряд одного электрона составляет 1,6-1СГ*9/с.Следо- вательно, число носителей, появившихся в мездуэлектрод ном пространстве за I сек, определится как
10-3 6-1015
1,6-10'-19
а за ^ = ДО"10 сек оно составит 6-I05. Степень на ложения очень велика, и в соответствии с теоремой о на ложении случайных возмущений можно считать, что дробо вой шум распределен по нормальному закону.
При анализе усилителя влияние шумов необходимо учи тывать введением в эквивалентную схему генераторов шу ма. "Шумящий" резистор представляют в виде идеального генератора э.д.с. и нешумящего резистора той же величи ны. Источник дробового шума изображается на эквивалент ной схеме в виде идеального генератора тока с внутрен ним сопротивлением, равным бесконечности.
§ 3. Схемы нормализации сигналов детекторов ядепных излучений
Целью нормализации является замена импульсов сигна ла на выходе детектора ЯИ, которые в общем случае имеют разные длительность, форму и максимальное значение, стандартными, несущими одинаковый заряд и имеющими по-
стояннне форму, максимальное значение и длительность. Осуществляется нормализация в том случае, когда необ ходимо, чтобы каждая ядерная частица была представлена в канале прибора одинаково. Обычно это делается при сче те ядерных частиц, измерении интенсивности, регистрации фактов совпадения и антисовпадения событий.
Как правило, импульсы нормализуют в прямоугольные
импульсы |
с постоянными длительностью и максимальным |
значением. |
Может быть и другая форма импульса, например |
колоколообразиая. Осуществить нормализацию импульса по максимальному значению довольно просто, так как его стабильность в импульсных схемах определяется стабиль ностью источников питания. Стабилизировать же импульс по длительности значительно сложнее. Поэтому часто, на пример при измерении средней скорости счета, стабили зацию производят дважды: схемным путем с помощью соб ственно нормализатора и параметрическим путем с исполь зованием пассивных элементов.
Параметрический метод заключается в использовании стабильности длительности заряда емкости до определенно го уровня. Если на входе дозирующей, как ее называют, цепочки (рис. 6.18) имеет место прямоугольный импульс тока, заряд которого
% - V u -
где Эт |
- |
максимальное значение |
импульса; |
|
t и |
- |
длительность импульса, |
|
£■ * /?С^ |
то при небольшой величине постоянной времени |
конденсатор |
Сг быстро (примерно за 5RCg |
) “ Р*- |
дится до максимального напряжения |
на нем, равного |
Рис. 6.18
Длительность импульса должна удовлетворять только одному требованию: t » 5
Наличие импульса на входе дозирующей емкости влияет после ее заряда только на просчет следующего импульса, который появляется случайным образом.
Таким образом, в результате параметрической норма лизации происходит преобразование заряда входного им пульса в заряд дозирующей емкости, причем стабильность этого заряда в основном определяется стабильностью мак симального значения входного импульса, а она довольно высока. Широкое распространение дозирующая емкость полу чила в схемах интенсиметров.
Для схемной норма лизации широко исполь зуются схемы импульс ных генераторов (одновибратор, триггер Шмидта, блокинг-гене- ратор, усилители-огра ничители). Могут приме
няться также контуры ударного возбуждения.
Как правило, импульсные генераторы состоят из тран зисторных (или электронных) ключей, времязадающих эле ментов и режимных резисторов.
Транзисторный ключ представляет собой последова тельное соединение резистора с активным элементом в ви
|
|
|
|
де |
транзистора (рис. 6.19). В зависимости от величины |
напряжения |
Е§ |
на входе ключа и соответственно то |
ка |
в его входной цепи он может находиться в двух |
состояниях: в области насыщения I и в области отсечки Швольтамперной характеристики. Активную область П ключ обычно пересекает при прохождении из одного состояния в другое. Когда ключ находится в области отсечки, че
рез |
активный элемент и резистор R |
протекает неболь |
шой |
ток i*Q , а падение напряжения на активном эле |
менте велико. Когда же ключ попадает в область насыще
|
|
|
ния, то он считается |
замкнутым, через активный элемент |
и резистор протекает относительно большой ток, |
а паде |
ние напряжения |
очень мало, и для приближенного |
анализа им можно пренебречь, как и током i |
в слу |
чае режима отсечки. |
Эквивалентные схемы ключа для обоих |
режимов показаны на рис. 6.20. В одном случае приближен но можно считать активный элемент сведенным в точку ("эквипотенциальная" точка), а в другом активный эле мент представляет собой разрыв цепи.
Все импульсные схемы построены на таких ключах, со единенных между собой цепочками прямой и обратной свя зи. У триггеров эти цепочки представляют собой делите ли на резисторах, у мультивибраторов - времязаданцие RC - цепочки и т.д. Назначение же ключа - коммутиро вать отдельные участки схемы в соответствии с принци пом ее работы.
Времязадающие элементы служат для определения вре мени нахождения ключа в том или ином состоянии. Обычно это RC - цепочки, но могут быть и /?£ - цепочки.
В тех случаях, когда в схеме времязадащий элемент от сутствует, она сохраняет состояние устойчивого равнове сия до тех пор, пока внешний сигнал не выведет ее из этого состояния. Примером такой схемы является триггер. При наличии внешнего сигнала триггер формирует прямо угольный импульс, причем длительность его полностью зависит от внешнего сигнала. В импульсной схеме может
