第四章脉冲幅度分析.ppt

脉冲幅度甄别器的技术指标: (1)输入灵敏度: 几十毫伏左右; (2)甄别阈范围: 阈值动范围大(10mV-10V); (3)甄别阈阈值稳定性: 长时间(8h)内0.1-2mV/OC; (4)甄别阈阈值线性: 1%~0.1%; (5)甄别阈阈值涨落: 范围小,零点几毫伏到几毫伏; (6)甄别阈响应速度要快: 可用于定时（ns量级),死时间小。可适应高计数率工作; (7)输出信号的幅度和宽度恒定: 与输入信号等因素无关，适合后续测量设备如定标器，计数率计的需要。 产生隧道电流的条件： （1）费米能级位于导带或价带的内部； （2）空间电荷层的宽度很窄，因而有高的隧道穿透几率； （3）在相同的能量水平上在一侧的能带中有电子而在另一侧的能带中有空的状态。 当结的两边均为重掺杂，从而成为简并半导体时，（1）、（2）条件满足。外加偏压可使条件（3）满足。 微分甄别器作为单道分析器应用时，在调节阈值时要求保持道宽不变，用来测量幅度谱（即幅度概率密度分布曲线）。用分别调节上、下甄别器的阈值方法不仅不方便，而且很容易使道宽不均匀，造成幅度谱畸变。阈值和道宽分别调节有二种方法： 对称调节和非对称调节。 隧道二极管（tunneldiode）甄别器 基于重掺杂PN结隧道效应而制成的半导体两端器件。 隧道效应是1958年日本江崎玲於奈在研究重掺杂锗PN结时发现的，故隧道二极管又称江崎二极管。 这一发现揭示了固体中电子隧道效应的物理原理，江崎为此而获得诺贝尔物理学奖。 隧道二极管通常是在重掺杂 N型（或 P型）的半导体片上用快速合金工艺形成高掺杂的PN结而制成的；其掺杂浓度必须使PN结能带图中费米能级进入N型区的导带和P型区的价带；PN结的厚度还必须足够薄（150埃左右），使电子能够直接从N型层穿透PN结势垒进入P型层。这样的结又称隧道结。 　　 隧道二极管 隧道二极管的主要特点是它的正向电流－电压特性具有负阻(见图)。这种负阻是基于电子的量子力学隧道效应，所以隧道二极管开关速度达皮秒量级,工作频率高达100吉赫。隧道二极管还具有小功耗和低噪声等特点。隧道二极管可用于微波混频、检波（这时应适当减轻掺杂，制成反向二极管），低噪声放大、振荡等。由于功耗小，所以适用于卫星微波设备。还可用于超高速开关逻辑电路、触发器和存储电路等。 ? EC EV Eg P型区 N型区 耗尽区 EFP EFN EC EV 若掺杂密度稍予减少，使正向隧道电流可予忽略，电流?电压曲线则将被改变成示于图2-13b中的情形。这称为反向二极管。 峰点：峰点电压，峰点电流 谷点：谷点电压，谷点电流 负阻区 负阻区特性： U U I I Uo 最大计数率：150MHz； 双脉冲分辨时间： 7ns; 甄别阈：-30mV~-600mV; 输出脉冲边沿：2ns； 输出脉冲宽度：3~800ns 稳定性：0.3%/C。 三、脉冲幅度甄别器的使用——半计数法 全计数点阈值 半计数点阈值 无计数点阈值 半计数法的依据：脉冲幅度分布符合高斯分布。 上阈值 VTH 道中心VTC 下阈值 VTL VTL VTH VTC ① ② ③ t t Vi(t) Vo(t) 单道脉冲幅度分析器工作原理 工作原理与基本结构 §2 单道脉冲幅度甄别器 0 1 1 1 0 1 0 1 0 0 0 0 输出端Y 反符合端B 符合端A 反符合电路逻辑真值表 反符合电路逻辑关系式: VU=VL+VW VL 反符合电路 反符合 输入端 符合 输入端 上甄别器 下甄别器 Vi（t） Vo（t） 反符合电路逻辑 1 A B B’ Y 1. 基本结构 (1)若输入信号Vi(t)的幅度ViVTL时：Vo=0，保持不变，无信号输出。 (2)若VTLViVTH时，在输入信号超阈期间内， A=1，B’=/B=1，Vo=1，表明有信号输出。 (3)若ViVTH时，A=1，B‘=/B=0，Vo=0，也无信号输出。 由上分析可见，只有当输入幅度落在VTL和VTH之间的信号输入才产生输出信号。图（4-1-14）为各点波形图。 图3-2 2.时间移动带来的问题 上面讨论的原理适合于输入信号为矩形脉冲的情况，而实际信号是具有一定上升和下降时间的非矩形脉冲，这时在Vi超过VTH时会产生误输出。图为一个幅度大于VTH的三角形脉冲输出时图（4-1-13）电路的各点波形，从图中可以看到，上、下甄别器输出信号在时间上有移动，在t1至t2和t3到t4期间，上甄别器输出信号不能覆盖住下甄别器输出，因而造成误输出。 当VUviVL时，上甄别器无输出，为高电平“1”；下甄别器有输出正脉冲。 当viVU时，上甄别器有输出负脉冲；下甄别器有输出正脉冲。 当viVL时，上甄别器无输出，为