04第四章脉冲幅度分析
合集下载
脉冲培训班讲课
冲信号包含的频率分量的幅度分布情况。
了解常见脉冲波形的频谱分析结果，从而 深入理解脉
冲在传输或变换中的各种特性和现象，有助于提高时 域测量的准确度。
41
一、周期信号的频谱分析
任何一个周期信号都可以展开成三角函数组合的无穷级数， 称为傅立叶级数。设周期函数为f(t), 其重复周期为T，角 频率为0=2/T,则f(t)可展开为傅立叶级数
一、周期信号的频谱分析
对称方波的傅立叶级数的数学表达式为：
f (t ) U0 1 1 (sin 0 t sin 3 0 sin 5 0 t ) 3 5
式中： U0——方波振幅，单位为V; 0 ——基波角度频率，单位为rad
U 在表达式中，
U 次谐波分量，
0
是周期信号的基波分量，U sin 3 t 是三 sin t 3
第一节 示波器检定装置
第二节 模拟示波器的计量检定 第三节 数字存储示波器的计量检定
第四节 示波器检定的测量不确定度
4
第四章 脉冲信号发生器检定
第一节 脉冲发生器的基本组成及工作原理
第二节 脉冲发生器的计量检定 第三节 其它类型的脉冲发生器
5
第五章 脉冲参数计量标准
第一节
第二节 第三节
计量标准的组成
37
一、密度分布统计平均法
顶 值 频 数
m
底值 频数
脉冲波表的密度分布图
38
一、密度分布统计平均法
每一个电压ui对应一行方格，每一个小方格为一个单元，每
一行中与波形相交的单元数称为频数用pi表示。脉冲幅度的
顶值由顶部的各电压值的频数加权计算得到的。顶值ut可由 下式计算得到：
ut ui pi A
多道脉冲幅度分析仪
数据存储
软件支持将采集到的数据存储为 多种格式，如文本文件、Excel文 件等，方便用户随时调用和备份 数据。
数据处理与分析
01
02
03
数据预处理
对采集到的数据进行滤波、 去噪等预处理操作，以提 高数据质量。
特征提取
从处理后的数据中提取出 各种特征参数，如峰值、 峰-峰值、平均值等。
统计分析
对提取出的特征参数进行 统计分析，如计算均值、 标准差等，以评估信号的 特性。
宇宙射线研究
多道脉冲幅度分析仪还可用于测量宇宙射线中的粒子能量，研究宇宙射线的起源 和传播机制。
医学影像技术
医学成像
多道脉冲幅度分析仪在医学影像技术中用于测量放射性同位素 发出的能量分布，从而生成医学图像，如PET（正电子发射断层 扫描）图像。
放射性药物研发
通过多道脉冲幅度分析仪的测量结果，可以评估放射性药物 的活性和效果，为放射性药物的研发提供支持。
06 优缺点分析
优点
高效性
精确性
多道脉冲幅度分析仪能够同时记录多个通 道的信号，提高了信号采集的效率。
多道脉冲幅度分析仪具有高精度的模数转 换器，能够将模拟信号转换为数字信号， 提高了信号分析的精确度。
可扩展性
灵活性
多道脉冲幅度分析仪具有多个通道，可以 根据需要增加或减少通道数量，具有很好 的可扩展性。
信号
01
信号输出是将处理后的数字信号以适当的方式呈现给用户的过 程。
02
输出方式可以是图形、表格、数据等多种形式，用户可以根据
需要选择合适的输出方式。
输出结果应准确、清晰、易于理解，方便用户进行后续的分析
03
和处理。
03 硬件结构
输入模块
软件支持将采集到的数据存储为 多种格式，如文本文件、Excel文 件等，方便用户随时调用和备份 数据。
数据处理与分析
01
02
03
数据预处理
对采集到的数据进行滤波、 去噪等预处理操作，以提 高数据质量。
特征提取
从处理后的数据中提取出 各种特征参数，如峰值、 峰-峰值、平均值等。
统计分析
对提取出的特征参数进行 统计分析，如计算均值、 标准差等，以评估信号的 特性。
宇宙射线研究
多道脉冲幅度分析仪还可用于测量宇宙射线中的粒子能量，研究宇宙射线的起源 和传播机制。
医学影像技术
医学成像
多道脉冲幅度分析仪在医学影像技术中用于测量放射性同位素 发出的能量分布，从而生成医学图像，如PET（正电子发射断层 扫描）图像。
放射性药物研发
通过多道脉冲幅度分析仪的测量结果，可以评估放射性药物 的活性和效果，为放射性药物的研发提供支持。
06 优缺点分析
优点
高效性
精确性
多道脉冲幅度分析仪能够同时记录多个通 道的信号，提高了信号采集的效率。
多道脉冲幅度分析仪具有高精度的模数转 换器，能够将模拟信号转换为数字信号， 提高了信号分析的精确度。
可扩展性
灵活性
多道脉冲幅度分析仪具有多个通道，可以 根据需要增加或减少通道数量，具有很好 的可扩展性。
信号
01
信号输出是将处理后的数字信号以适当的方式呈现给用户的过 程。
02
输出方式可以是图形、表格、数据等多种形式，用户可以根据
需要选择合适的输出方式。
输出结果应准确、清晰、易于理解，方便用户进行后续的分析
03
和处理。
03 硬件结构
输入模块
四级脉冲幅度调制
四级脉冲幅度调制四级脉冲幅度调制（4-PAM）是一种常用的数字调制技术，用于将数字信号转换为模拟信号。
在4-PAM中，每个符号表示多个比特，通过改变脉冲的幅度来传输信息。
本文将介绍4-PAM的原理、应用以及优缺点。
一、原理在4-PAM中，每个符号可以表示2个比特，因此有4种不同的幅度水平。
这四种幅度可以用两个控制信号来表示，例如“00”表示最低幅度，而“11”表示最高幅度。
通过改变脉冲的幅度，可以在单位时间内传输更多的信息。
4-PAM的调制过程包括三个步骤：采样、量化和调制。
首先，原始数字信号在发送端以一定的速率进行采样，得到一系列的采样值。
然后，这些采样值被量化为离散的幅度水平，例如-3、-1、1和3。
最后，根据量化后的数值，调制器生成相应的脉冲信号，通过传输介质将信号发送到接收端。
二、应用4-PAM广泛应用于数字通信系统中，特别是基带传输和基于铜线的通信系统。
它在低比特率和短距离传输中表现良好。
以下是一些常见的应用场景：1. 以太网：在以太网中，4-PAM被用于传输数据包。
通过将每个数据包分成多个符号，可以提高传输速率。
2. 数字音频广播：在数字音频广播中，4-PAM被用于将音频信号转换为模拟信号。
这种调制方式可以提供更好的音质和更高的抗干扰性能。
3. 无线通信：在无线通信中，4-PAM被用于基带传输和射频信号调制。
通过采用4-PAM调制技术，可以实现更高的数据传输速率和更低的误码率。
三、优缺点4-PAM有以下几个优点：1. 高效的频谱利用：相比于2-PAM调制，4-PAM可以在同样的带宽内传输更多的信息，提高频谱利用率。
2. 较低的传输功率：由于4-PAM在单位时间内传输更多的信息，相同的传输速率可以以较低的传输功率实现。
3. 简单的调制解调器设计：与其他调制技术相比，4-PAM的调制解调器设计较为简单，降低了系统的复杂性和成本。
然而，4-PAM也存在一些缺点：1. 对噪声和失真敏感：由于4-PAM的幅度水平较多，对噪声和信道失真的容忍度较低，容易导致误码率的增加。
脉冲幅度测量方法及不确定度评定
之 间 的对 应 关 系 ， 即频 带 宽 度 越 宽 ， 升 时 间 越 短 ， 上 显 示 的被 测 脉 冲越 真实 。
数 字 存储 示 波 器 具 有 极 宽 的 带 宽 ， 的 显 示 置 信 高
度 ， 异 的信 号 处理 和 存储 能 力 ， 自动测 量 功能 可 以 优 其 减少测 量 的人 为因素 ， 使测 量结 果更 加可靠 。为 了使 测 量结 果 更加 准 确 ， 以采取 平 均采 集模 式 ， 所测 信 号 可 对 进行 若干 次平 均 ， 消除各 种干扰 因素 。 现在 较 好 的数 字 示 波 器 其垂 直误 差 可控 制 在 ｌ 以内 ， 因此 ， 如果被 测 的脉 冲 源幅 度误 差要 求 低于 ３，， ５ ９
Ｔｈｅ Ｍ ｅ ｓ ｉ ｅ ｈｏ ｎｄ Ｅｖ ｌ ａ ｉ ｎ ｏｆＵ ｎ ｅ ｔ ｉ ｙ ｏ ｌ ｅ Ａｍ ｐ ｉｕ ａ ｕｒｎｇ Ｍ ｔ ｄｓａ ａ ｕ ｔｏ ｃ ｒ ａ ｎｔ ｆ Ｐｕ ｓ ｌｔ ｄｅ
ＧＥ ｕ －ｕ Ｈ ｉｊ ｎ
（ ｉ ａ Ａｉｂ ｒ ｅ Ｍ ｉｓ ｌ ａ ｅ Ｃｈ ｎ ｒ ｏ ｎ ｓ ｉ Ａｃ ｄ ｍｙ・Ｌｕ ａ ｇ，４ １ ０ ｅ ｏｙ ｎ ７ ０ ９・Ｃｈｉ ａ ｎ）
行 了评 定 。
关 键 词 ： 冲 幅 度 ； 量 不 确 定 度 ； 定 ； 准 脉 测 评 校 中 图分类号 ： ＴＭ ９ ０ １ ６ ＴＭ ９ ５ ４ ３． ｌ ； ３． ３ 文献 标识 码 ： Ｂ 文 章 编 号 ：０ ２６ ６ （０ ６ ０ — ０ ９ ０ １ ０ —０ １ ２ ０ ） ３０ ４ — ３
示。
顶 线 ‘
＼ — 、 、
用 示 波 器 测 量 脉 冲 幅 度 是最 直 观 ， 实 现 的 一 种 易 方法 ， 只要 将 脉 冲 信 号 源 的输 出与 示 波 器 的输 入 相 连
超短脉冲 第四章
对于高斯光束：
p 是高斯光束脉冲宽度
E(t ) A0 exp{4ln 2(t / p ) 2 / 2}
将初始的高斯波形脉冲带入下式：
E ( z, t )
1 i[0 ( t ) 0 / 4] i ( t ') i ( t ' t )2 /(2 ) e A(t ')e e dt ' 2
第四章 超短激光脉冲特性
2 .高斯光束在色散介质中的传播
于是一个高斯波形脉冲在色散介质中传播后的场强
E ( z, t ) A0 (2 ) ( ) exp{i[0 (t ) 0 2]} 2 2 2 1 2 2 2 2 1 2 exp{ ( ) t }exp{i ( ) t }
2 .高斯光束在色散介质中的传播
超短激光脉冲通过正常和反常色散介质后脉冲波形的变化
Group velocity dispersion broadens ultrashort laser pulses
Different fquencies travel at different group velocities in materials, causing pulses to expand to highly "chirped" (frequency-swept) pulses.
由于群速度的定义不包含长度, 因而在对于光栅对等空间色散元 件的评价时很不方便, 于是人们倾向于对相位的整体的关注.则 电场可以写为:
E( z, t ) A( z, t ) exp{i( 0t ( ))}
位相Φ (ω )也可以展开成Taylor级数
( ) (0 ) |0 ( 0 ) 1 1 ( 0 ) 2 ( 0 ) 3 0 2! 0 3!
p 是高斯光束脉冲宽度
E(t ) A0 exp{4ln 2(t / p ) 2 / 2}
将初始的高斯波形脉冲带入下式：
E ( z, t )
1 i[0 ( t ) 0 / 4] i ( t ') i ( t ' t )2 /(2 ) e A(t ')e e dt ' 2
第四章 超短激光脉冲特性
2 .高斯光束在色散介质中的传播
于是一个高斯波形脉冲在色散介质中传播后的场强
E ( z, t ) A0 (2 ) ( ) exp{i[0 (t ) 0 2]} 2 2 2 1 2 2 2 2 1 2 exp{ ( ) t }exp{i ( ) t }
2 .高斯光束在色散介质中的传播
超短激光脉冲通过正常和反常色散介质后脉冲波形的变化
Group velocity dispersion broadens ultrashort laser pulses
Different fquencies travel at different group velocities in materials, causing pulses to expand to highly "chirped" (frequency-swept) pulses.
由于群速度的定义不包含长度, 因而在对于光栅对等空间色散元 件的评价时很不方便, 于是人们倾向于对相位的整体的关注.则 电场可以写为:
E( z, t ) A( z, t ) exp{i( 0t ( ))}
位相Φ (ω )也可以展开成Taylor级数
( ) (0 ) |0 ( 0 ) 1 1 ( 0 ) 2 ( 0 ) 3 0 2! 0 3!
脉冲幅度甄别和分析
定时方法
过零定时
微分电路成形：过零时间tZ与信号幅度无关，但与信号达峰时 间tm有关，适合于上升时间相同，但幅度不同的输入信号
定时方法
过零定时
DL成形：若延迟线的特征阻抗为Z0，信号从始端到终端的延 迟时间为τd/2，则当延迟线始端匹配、终端短路时，电路的冲 击响应为：
动效应
定时方法
前沿定时误差的分析
前沿定时中的定时误差主要包括：输入信号幅度变化产生的 定时误差tLA；输入信号上升时间变化产生的定时误差tLT； 输入信号超阈延迟时间变化产生的定时误差tD；输入噪声及 阈值涨落产生的定时误差σT 这些误差中，tLA、σT是定时误差的主要因素
定时方法
一级矩 二级矩 n级矩
当td服从高斯分布时，可利用方差σtd作为时间晃动的度量：
2 td (t d t d ) 2 0 (t d t d ) 2 Pd (t d )dtd
定时技术
时间晃动的度量
假设t01和t02分别为二个粒子分别击中探测器的时刻，TD1和 TD2为二个时间检出电路，其信号输出时刻分别为t01'和t02' 设τ = t02' - t01' = (t02 - t01)+(td2 - td1)，则有：
定时方法
过零定时
在t=0的时刻，输入信号还不存在，无法作为定时点，而且输 入信号的起始部分的上升斜率很小，容易被噪声触发，定时 误差很大，不适合作定时点 为了实现过零定时，需要将信号成形产生新的过零点，获得 新的过零点的方法一般是把单极性信号成形为双极性信号， 成形方法包括：微分电路成形、短路延迟线成形等
定），甄别阈VT尽量低（受噪声和触发特性限制），同时应
核仪器概论教学课件PPT多道脉冲幅度分析系统
道宽不一致性。
14
若只使用此ADC的
高8位（211－24），
同样的ADC：
A
●只能做成256道的
多道。
●此时24位为1时对
应多道的最小道宽
（为16mV）。
4096 256 D11
D4
D4=1~Hmin
D3
D0
D 0= 1 ~ H m in
结果：平均道宽扩大的16倍，但片子本身的绝 对误差是确定值。因此道宽不一致性理想情况下将 改善了50％/16。
跟踪和保持控制
输出选通
模拟输入
S1
A=1 线性门
C1
保持 电容
ADD
逐次二进制 ＋ 数字
比较法ADC
减法器 至存
m0
－储器8-Fra bibliotekIT D/A8-BIT 计数器
m0 ：最小为0，最大为（2x－1）。可以
是循环连续变数，也可以是随机数。
11
若有8000个1000mv～ 1001mv幅度均匀分布的 输入脉冲信号。
(a) 放 大 器 输出脉冲
(b) 低 阈 值 幅 度 甄别器输出
(c) 保 持 电 容 上的信号
(d) 道 址
(e) 存 储 周 期
(f) 关 线 性 门
(g) 死 时 间
低阈值甄 别器的阈
线性门
恒流源
（打开） 时钟
保持电容
地址 计数器
（a）电容充电 I
线性门
（关闭） （b）电容放电 时钟
地址 计数器
线性门 （关闭）
时钟
地址计 数器NC 至存储器
寻址加一 （c）存储周期
7
工作过程主要分三个阶段：
a、输入脉冲幅度给电容强行充电，最终使电容上 的电压等于输入脉冲幅度的最大值。
14
若只使用此ADC的
高8位（211－24），
同样的ADC：
A
●只能做成256道的
多道。
●此时24位为1时对
应多道的最小道宽
（为16mV）。
4096 256 D11
D4
D4=1~Hmin
D3
D0
D 0= 1 ~ H m in
结果：平均道宽扩大的16倍，但片子本身的绝 对误差是确定值。因此道宽不一致性理想情况下将 改善了50％/16。
跟踪和保持控制
输出选通
模拟输入
S1
A=1 线性门
C1
保持 电容
ADD
逐次二进制 ＋ 数字
比较法ADC
减法器 至存
m0
－储器8-Fra bibliotekIT D/A8-BIT 计数器
m0 ：最小为0，最大为（2x－1）。可以
是循环连续变数，也可以是随机数。
11
若有8000个1000mv～ 1001mv幅度均匀分布的 输入脉冲信号。
(a) 放 大 器 输出脉冲
(b) 低 阈 值 幅 度 甄别器输出
(c) 保 持 电 容 上的信号
(d) 道 址
(e) 存 储 周 期
(f) 关 线 性 门
(g) 死 时 间
低阈值甄 别器的阈
线性门
恒流源
（打开） 时钟
保持电容
地址 计数器
（a）电容充电 I
线性门
（关闭） （b）电容放电 时钟
地址 计数器
线性门 （关闭）
时钟
地址计 数器NC 至存储器
寻址加一 （c）存储周期
7
工作过程主要分三个阶段：
a、输入脉冲幅度给电容强行充电，最终使电容上 的电压等于输入脉冲幅度的最大值。
基于PC／104的多道脉冲幅度分析器的设计
－
９ Ｚ
＿ — —
维普资讯
ＭＡ Ｃ 应用程序 采用 中断响应方式 采集数据 ，并将免费 的 ｌｎｘ ｕ 操作系统裁剪以适用于仪器使用。可裁剪性是嵌入式 ｉ
操作 系统应具备 的，能够 根据应用需求或硬件平 台的变化 ， 动态配置系统功能的能力 。 因此 ， 深入嵌 入式操作 系统 结构，
一
｛Ｔ Ｔ ＝ ｅ ｕ ｓ— （Ｄ ｉ ｑ Ｓ Ａ Ｅ ｒ ｑ ｅ ｔ ｉｑ Ａ Ｃ ｒ ｒ
—
，
Ａ Ｃ ｉ ｔ ｒ ｕ ｔ Ｓ Ｎ Ｅ Ｒ Ｐ ，” Ａ Ｃ ，Ｎ Ｌ ） ｝ Ｄ － ｎ ｅ ｒ ｐ Ａ ＩＴ Ｒ Ｕ Ｔ Ｄ” ＵＬ ；
／ 中断服务程序 ／
ｐｔ
—
作系统裁剪后的子体具备以下功能 多任务支持， 存储管理，
Ｐ ／ ０ ｏ ｅ ａ ｄ ｅ ｂ ｄ ｅ ｐ ｌ ｔ ｏ ｙ ｔ ｍ ｓ ｐ ｏ’ｓ屺＾ ａ ｄ Ｉ ｄ ａ ｅ ｓ ｐｄ １ Ｉ ｔ Ｌ ｔ ａ ｋ ｔ ｐ ａ ｄ Ｃ ｉ ４ ｍ ｄ ｎ ｍ ｅ ｄ ｄ ｏ ｅ ａ ｉｎ ｓ ｓ ｅ ｕ ｐ ￣ ｔ ｎ ‘ ’ ｌ ａ ｕ ｅ １ｓ ！ ｈ ｂ ｃ ｓ ｏ ｎ ａ ｍ ｎ ｒｆ １ Ｌ ］ ｌ
斯变换并取脉冲峰值， 最后按峰值大小寻址计数。 主程序与
中断处理子函数的 关键代码 如下 ： ／ 中断主程序 ／
ｉ （Ｄ Ｓ Ｇ ） ｆ Ａ Ｃ Ｉ Ｎ
对现有操作系统进行裁剪和改造，具有重要的应用价值。 集合化划分是理清嵌入式操作系统结构的一种方法， 即
将 同一集合 中的功能模块划分到 同一层次， 系统本 身则 ， 面 操
玳
分 能 对 进 解 和 正以 确 射 现 的 能 布 垡 量 其行 释 校 ，准 映 出 场 Ｖ量
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
+
ui
当u+< u- =0时, uo= -UOM
R1
R2
u+=0 时翻转，可以求出上下门限电压。
R1R 2R2ui R1R 1R2Uom0
ui
R1 R2
Uom
UH
R1R 2R2ui R1R 1R2Uom0
SNST, LANZHOU UNIVERSITY
ui
R1 R2
UomUL
23
R
－
+
uo
+
ui
SNST, LANZHOU UNIVERSITY
UL
0
UH
ui
-Uom
小于回差的干扰不会引起 跳转。跳转时，正反馈加 速跳转。
分别称UH和UL上下门限电压。称(UH - UL)为回差。
SNST, LANZHOU UNIVERSITY
16
例：下行迟滞比较器的
ui
输入为正弦波时， 画出输出的波形。
UH
ui
R
－
+
uo
+
UL
ui
Uom
R1
R2
-Uom
SNST, LANZHOU UNIVERSITY
半计数法的依 据：脉冲幅度 分布符合高斯 分布。
SNST, LANZHOU UNIVERSITY
40
§2 单道脉冲幅度甄别器
工作原理与基本结构
Vi(t)
①
②
道宽VW上阈值 VTH ，来自UVTHVTC
道中心
VTL
VTC，VC
③
t
下阈值
VTL，VL
Vo(t)
道 宽 V WV ： TH V TL
道 中VC 心 1 2： VTH VTL
ui
R
－
+
uo
+
Uom uo
UL
0
UH
ui
R1
R2
ui
R
－
+
uo
+
UR
R1
R2
SNST, LANZHOU UNIVERSITY
-Uom
Uom uo
UL
0
-Uom
UH
ui
19
例：R1=10k，R2=20k ，UOM=12V， UR=9V 当输入 ui 为如图所示的波形时，画出输出 uo的波形。 ui 10V
uo
Uom
0 UL UH ui
-Uom
Uom uo
UL
0
UH ui
-Uom
26
迟滞比较器电路改进：为了稳定输出电压，可以
在输出端加上双向稳压管。
ui
R
－
+
+
R1
R2
UZ
uo
ui
R
－
+
uo
UZ
+
R1
R2
思考题：如何计算上下限？
SNST, LANZHOU UNIVERSITY
27
积分甄别器电路实例 FH1003A单道分析器中甄别 电路单元。其电路图见图。 ❖J631C为一个电压比较器， ❖R9,R10和C4构成交流反馈， 形成构成交流耦合施密特电 路。 ❖2DW7提供7V稳定电压。 ❖W2用来调节阈值。 ❖W1调节保证电路工作在施 密特触发器状态, 使 VB<VD2=V2-F(VOH-VOL) 。
ui
uo
过零附近仍 处于放大区
t t
14
3. 迟滞电压比较器 又名：施密特触发器
特点：电路中使用正反馈， 运放处于非线性状态。
一、下行迟滞比较器
1. 没加参考电压的下 行迟滞比较器
ui
R
－ +
+
uo
R1 U+ R2
参考电压由 输出电压决定
SNST, LANZHOU UNIVERSITY
分析
1. 因为有正反馈，所以 输出饱和。
SNST, LANZHOU UNIVERSITY
8
1. 单限电压比较器
一、若ui从同相端输入
ui
+
UR – + uo
uo
+Uom
ui
0
UR
UR：参考电压 ui ：被比较信号
-Uom 传输特性
特点：运放处于开环状态。
当ui > UR时 , uo = +Uom
当ui < UR时 , uo = -Uom
t t
17
2. 加上参考电压后的下行迟滞比较器
加上参考电压后的上下限：
ui R
UHR1R 1R2UomR1R 2R2UR
UR
uo
R1
ULR1R 1R2UomR1R 2R2UR
Uom
UL
0
-Uom
－
+
uo
+
R2
UH
ui
SNST, LANZHOU UNIVERSITY
18
下行迟滞比较器两种电路传输特性的比较:
2. 当uo正饱和时(uo =+UOM) ： U R1R 1R2UomUH
3. 当uo负饱和时(uo =–UOM) ：
U R1R1R2UomUL
15
UH
R1 R1 R2
Uom
UL
R1 R1 R2
Uom
ui
R
－
+
+
uo
传输特性： uo
Uom
R1
R2
当ui 增加到UH时，输出 由Uom跳变到-Uom； 当ui 减小到UL时，输出 由-Uom跳变到Uom 。
SNST, LANZHOU UNIVERSITY
28
SNST, LANZHOU UNIVERSITY
29
SNST, LANZHOU UNIVERSITY
30
隧道二极管（tunneldiode）甄别器
隧道二极管
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。
uo
ui
+
+ uo
+UOM 0
ui
-UOM
+
+ uo ui
SNST, LANZHOU UNIVERSITY
uo
+UOM
0
ui
-UOM
11
例：利用电压比较器将正
ui
弦波变为方波。
t
ui
+
+ uo
uo
+Uom
t
-Uom
SNST, LANZHOU UNIVERSITY
12
电路改进：用稳压管稳定输出电压。
符合端A 反符合端B 输出端Y
0
0
0
0
1
0
1
0
1
1
1
0
42
1. 基本结构
(1)若输入信号Vi(t)的幅度Vi<VTL 时：Vo=0，保持不变，无信号输 出。
(2)若VTL<Vi<VTH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Vi>VTH时，A=1，B‘=/B=0， Vo=0，也无信号输出。
SNST, LANZHOU UNIVERSITY
31
P型区 耗尽区
N型区
EC
Eg
EV
EFP
EFN EC
EV
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。
二、核测量中对脉冲幅度甄别器的要求
快速响应性能; 固定的和短的死时间; 高的触发灵敏度; 甄别阈足够稳定;
SNST, LANZHOU UNIVERSITY
6
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
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。
38
三、脉冲幅度甄别器的使用——半计数法
SNST, LANZHOU UNIVERSITY
39
全计数点 阈值
半计数点 阈值
无计数点 阈值
SNST, LANZHOU UNIVERSITY
32
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。