新型核电子学实验系统峰值保持电路的设计

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摘 要：峰值保持器又称为模拟展宽器，是核电子学试验系统的重要组成部分，传统的峰值保持电路依靠电容的充放电作用实现展宽，不能满足多道脉冲幅度分析器和其他后续测量电路的要求。本文设计一种新型峰值展宽电路，通过控制单稳态触发器达到保持峰值信号的作用，实验证明，该电路能够有效地展宽脉冲信号的峰值，满足核电子学实验的要求。

关键词：峰值保持器；核电子学；多道脉冲幅度分析；单稳态触发器

峰值保持器又称为模拟展宽器，它主要用于把脉冲信号的峰顶展宽。在进行能谱测量的时候，所测的是脉冲的峰顶幅度，但是探测器输出信号经放大成形后的脉冲信号其峰顶宽度是比较窄的，不满足多道脉冲幅度分析器和其他仪器的要求[1]。这时必须由模拟展宽器将脉冲展宽，使脉冲的峰值保持一段时间，再送入后续电路原峰值保持器的基本工作原理如图1所示：

模拟展宽电路虽然比较常见，原理也比较简单，但是也存在着几个比较严重的缺陷：一是输入信号经过单向导电的二极管后会有0.5V左右的电压降；二是特定的存贮电容CH只适用于频率范围很窄的输入信号[2]；三是因为要兼顾跟随与保持特性，电路保持效果并不理想；四是电路易受干扰，精度不高。

1.新型峰值保持电路总体设计

针对以上问题，本文设计了一种全新的峰值保持器，将输出Vo逐渐增大到输入Vi的峰值水平（ViM）并保持下去。当Vo1为-5V时，输入经A2反相放大后输出正信号，但是因为极性电容E具有存贮电位的作用，输出Vo会呈现缓慢上升的趋势本文设计的峰值保持器基本原理如图2所示。

2.峰值判别电路

峰值判别电路的作用是判断输出信号是否达到峰值并产生下级延时电路的触发信号。

模拟展宽电路的输出Vout经模拟开关控制后（Vo），在U100比较器中与经输入信号Vi比较，当Vo大于Vi时，U100输出高电平，当Vo小于Vi时，U100输出低电平。

3.延时电路

延时电路如图4所示。当输出Vo达到峰值时，单稳态触发器U101A被上级峰值判别电路产生的上升沿触发翻转，1Q和1/Q分别由作为各自稳态的低电平和高电平变为自身暂稳态的高电平和低电平。

4.控制时序

时序如图5所示，在0-t1时刻， VoVi，LM311输出高电平，单稳态触发器221A被产生的上升沿触发，1/Q翻转为低电平，控制开启A/D转换，1Q由低电平翻转为高电平，并在保持（t2-t1）时间后跳回低电平，从而产生一个下降沿，触发下级单稳态触发器221B翻转。

5.硬件电路与软件调式结果

模拟展宽电路的输入信号、输出信号仿真结果如图6所示：

通过电压跟随器LM358B得到的输出信号，输出跟随输入信号变化，波形不变，幅度为1.5V。

本文设计的新型核电子学实验系统峰值保持电路，具有对脉冲信号展宽实验长，峰值保持效果好等显著优点，可以对后续模数转换电路提供有效的采集信号，提高了核电子学实验的效果，通过改进也可以在真正的核信号采集仪器仪表中得到应用。

参考文献：

[1]贾文懿.核地球物理仪器[M].北京：原子能出版社，1998.

[2]阎 石.数字电子技术基础[M].北京：高等教育出版社，2003.

（作者单位：东华理工大学核工程与地球物理学院）