新型核電子學實驗系統(tǒng)峰值保持電路的設(shè)計

韓成磊?嚴斌?程琳

摘 要：峰值保持器又稱為模擬展寬器，是核電子學試驗系統(tǒng)的重要組成部分，傳統(tǒng)的峰值保持電路依靠電容的充放電作用實現(xiàn)展寬，不能滿足多道脈沖幅度分析器和其他后續(xù)測量電路的要求。本文設(shè)計一種新型峰值展寬電路，通過控制單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器達到保持峰值信號的作用，實驗證明，該電路能夠有效地展寬脈沖信號的峰值，滿足核電子學實驗的要求。

關(guān)鍵詞：峰值保持器；核電子學；多道脈沖幅度分析；單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器

峰值保持器又稱為模擬展寬器，它主要用于把脈沖信號的峰頂展寬。在進行能譜測量的時候，所測的是脈沖的峰頂幅度，但是探測器輸出信號經(jīng)放大成形后的脈沖信號其峰頂寬度是比較窄的，不滿足多道脈沖幅度分析器和其他儀器的要求[1]。這時必須由模擬展寬器將脈沖展寬，使脈沖的峰值保持一段時間，再送入后續(xù)電路原峰值保持器的基本工作原理如圖1所示：

模擬展寬電路雖然比較常見，原理也比較簡單，但是也存在著幾個比較嚴重的缺陷：一是輸入信號經(jīng)過單向?qū)щ姷亩O管后會有0.5V左右的電壓降；二是特定的存貯電容CH只適用于頻率范圍很窄的輸入信號[2]；三是因為要兼顧跟隨與保持特性，電路保持效果并不理想；四是電路易受干擾，精度不高。

1.新型峰值保持電路總體設(shè)計

針對以上問題，本文設(shè)計了一種全新的峰值保持器，將輸出Vo逐漸增大到輸入Vi的峰值水平（ViM）并保持下去。當Vo1為-5V時，輸入經(jīng)A2反相放大后輸出正信號，但是因為極性電容E具有存貯電位的作用，輸出Vo會呈現(xiàn)緩慢上升的趨勢本文設(shè)計的峰值保持器基本原理如圖2所示。

2.峰值判別電路

峰值判別電路的作用是判斷輸出信號是否達到峰值并產(chǎn)生下級延時電路的觸發(fā)信號。

模擬展寬電路的輸出Vout經(jīng)模擬開關(guān)控制后（Vo），在U100比較器中與經(jīng)輸入信號Vi比較，當Vo大于Vi時，U100輸出高電平，當Vo小于Vi時，U100輸出低電平。

3.延時電路

延時電路如圖4所示。當輸出Vo達到峰值時，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器U101A被上級峰值判別電路產(chǎn)生的上升沿觸發(fā)翻轉(zhuǎn)，1Q和1/Q分別由作為各自穩(wěn)態(tài)的低電平和高電平變?yōu)樽陨頃悍€(wěn)態(tài)的高電平和低電平。

4.控制時序

時序如圖5所示，在0-t1時刻， VoVi，LM311輸出高電平，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器221A被產(chǎn)生的上升沿觸發(fā)，1/Q翻轉(zhuǎn)為低電平，控制開啟A/D轉(zhuǎn)換，1Q由低電平翻轉(zhuǎn)為高電平，并在保持（t2-t1）時間后跳回低電平，從而產(chǎn)生一個下降沿，觸發(fā)下級單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器221B翻轉(zhuǎn)。

5.硬件電路與軟件調(diào)式結(jié)果

模擬展寬電路的輸入信號、輸出信號仿真結(jié)果如圖6所示：

通過電壓跟隨器LM358B得到的輸出信號，輸出跟隨輸入信號變化，波形不變，幅度為1.5V。

本文設(shè)計的新型核電子學實驗系統(tǒng)峰值保持電路，具有對脈沖信號展寬實驗長，峰值保持效果好等顯著優(yōu)點，可以對后續(xù)模數(shù)轉(zhuǎn)換電路提供有效的采集信號，提高了核電子學實驗的效果，通過改進也可以在真正的核信號采集儀器儀表中得到應(yīng)用。

參考文獻：

[1]賈文懿.核地球物理儀器[M].北京：原子能出版社，1998.

[2]閻 石.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京：高等教育出版社，2003.

（作者單位：東華理工大學核工程與地球物理學院）