8.6. Селекторы импульсов

Во многих устройствах прикладной электроники возникают задачи селекции (выделения) из последовательности импульсов лишь тех из них, которые обладают определенным признаком или совокупностью признаков (параметров). Устройства, выполняющие такие функции, называются селекторами. На выходе селектора сигналы должны иметь ту же форму, что и на входе. Однако во многих случаях необходимо лишь регистрировать появление сигналов с определенными признаками (т.е. с определенными значениями параметров, по которым выполняется селекция), а форма выходного импульса роли не играет. Применяемые в этих случаях устройства являются в сущности квазиселекторами, в них появление импульса с определенным признаком на входе фиксируется появлением скачка напряжения на выходе или короткого импульса. Основными параметрами, по которым осуществляется селекция, являются амплитуда, длительность или временное положение импульсов.

При амплитудной селекции (отбор импульсов, амплитуды которых находятся в заданном диапазоне) используются чаще всего рассмотренные выше диодные ограничители. Амплитудные селекторы, оснащенные средствами обработки информации и известные под названием "амплитудные анализаторы", находят широкое применение при спектрометрическом анализе радиоизотопов (результатом анализа является количественное определение содержания того или иного изотопа по количеству импульсов заданной амплитуды, пропорциональной энергии его распада).

При временной селекции (отбор импульсов по длительности, частоте следования или времени их появления относительно стартового импульса) используются различные комбинации аналоговых и цифровых устройств с достаточно сложными алгоритмами обработки сигналов, если они имеют случайный характер распределения по амплитуде и во времени (например, в ядерной электронике).

Наиболее простыми из временных селекторов являются селекторы по длительности. Эти селекторы используются для выделения из входной последовательности лишь тех импульсов, длительность которых находится в определенных пределах, причем обычно требуется лишь регистрация наличия во входной последовательности импульсов с заданными параметрами.

Среди селекторов по длительности различают селекторы импульсов максимальной длительности, минимальной или заданной длительности [54]. Как правило, во временных селекторах используется некое стартовое устройство, которое задает начало отсчета времени и затем фиксирует конец регистрируемого события. Таким образом, например, определяют энергию нейтронов по времени пролета определенного расстояния, скорость снарядов и т.д. Подобный принцип используется и в схеме на рис. 8.33.

Схема временного селектора содержит знакомый нам из предыдущего раздела генератор пилообразного напряжения со стабилизатором тока на полевом транзисторе. К схеме ГПН добавлены эмиттерный повторитель на транзисторе VT2, пороговое устройство на транзисторе VT3 и ключ на транзисторе VT4. Простейшее пороговое устройство на транзисторе VT3 срабатывает, когда напряжение на базе транзистора VT2 примерно равно сумме напряжений база-эмиттер Ube двух транзисторов VT2 и VT3 и напряжения Ub=UccRl/(Rl+R2)=l В. Полагая, что для открытых транзисторов Ube=0,65 В, получаем суммарное напряжение примерно равное 2,3 В.

Теперь обратимся к результатам моделирования, представленным на рис. 8.34. Из осциллограмм и индикаторных окон видно, что при выходном напряжении ГПН около 2,37 В (точное значение см. в строке VA1 левого индикаторного окошка), что соответствует по времени 0,58 с после начала запуска ГПН (см. строку Т1 в том же окошке), срабатывает пороговое устройство на транзисторе VT3 и открывается ключ на транзисторе VT4, что зафиксировано на нижней осциллограмме. Заметим, что ориентировочное значение порога срабатывания практически совпало с результатом моделирования.

Установив факт работоспособности временного селектора, мысленно отключим генератор G и вместо него подключим источник исследуемого сигнала с амплитудой 10 В и длительностью 0,2 с. Кроме того, подключим этот источник и к двухвходовой схеме совпадения (логический элемент И), ко второму входу этой схемы через инвертор подключим выход ключа на транзисторе VT4. Теперь поставим задачу — отвечает ли исследуемый сигнал условиям отбора (селекции) по длительности, которая должна находиться в пределах от 0,6 до 0,98 с. Если длительность исследуемого сигнала находится в указанных пределах, то на выходе схемы совпадения регистрируется сигнал совпадения. При длительности же 0,2 с этого не произойдет.

Рассмотренный пример использования устройства на рис. 8.33 является, естественно, не единственным.

Контрольные задания

1. С помощью схемы на рис. 8.33 установите зависимость времени срабатывания порогового устройства от напряжения, задаваемого делителем на резисторах R1 иК2.

2. Составьте аналитическое выражение, устанавливающее зависимость времени срабатывания порогового устройства от порогового напряжения, равного 2Ube-l-UccRl/(Rl+R2).