Жан-Поль Эймишен - Электроника?.. Нет ничего проще!

• Название: Электроника?.. Нет ничего проще!
• Автор: Жан-Поль Эймишен
• Издательство: "Энергия"
• Жанр: Радиотехника
• Год: 1975

Книга в занимательной форме знакомит читателя со многими областями одной из наиболее быстро развивающихся в настоящее время наук — электроники. Рассказывается о возможностях использования электроники в промышленности.

Книга рассчитана на широкий круг читателей.

---

Н. — А для чего понадобились конденсатор С и резистор R2?

Л. — Они служат для устранения постоянной составляющей, появляющейся на катоде диода в результате подачи порогового напряжения + Uпор.

Н. — Тогда очень легко разослать по разным направлениям сигналы с разной амплитудой. Достаточно сделать несколько устройств по твоей схеме (рис. 88) на возрастающие ступеньками значения + Uпор и в каждом канале получим строго заданные напряжения.

Л. — В самом деле разделение сигналов по амплитуде производится таким способом, но задача несколько сложнее, чем ты думаешь. Представь себе, что мы сделали пять устройств по приведенной на рис. 88 схеме, рассчитанные на пороговые напряжения + Uпор соответственно 2, 4, 6, 8 и 10 в. Входной сигнал мы одновременно подадим на все соединенные между собой аноды диодов. Само собой разумеется, что катод диода с порогом + 10 в пропустит сигнал на вход лишь в том случае, когда входное напряжение превышает 10 в. Точно так же и катод диода с порогом 4–6 в пропустит лишь сигналы с амплитудой больше 6 в. Но может случиться так, что нам понадобится направить в канал сигнал лишь тогда, когда напряжение на входе, например, находится в пределах от +6 до +8 в.

Н. — Но я не вижу никакой проблемы. Этот сигнал мы получим на катоде диода с порогом +6 в.

Л. — Незнайкин, ты сейчас напомнил мне одного моего друга. У него была кошка, которую он очень любил и для удобства которой устроил в нижней части двери кошачий лаз, т. е. достаточно большое отверстие, чтобы кошка могла свободно пройти через него. Но однажды его любимица окотилась, и мой друг, желая дать возможность котятам также легко выходить из квартиры, решил сделать рядом с основным лазом несколько других меньшего размера…

Н. — Я не вижу, какое отношение эта история имеет к теме нашей беседы, но уж раз мы начали говорить о твоем приятеле, должен заметить, что маленькие лазы совершенно не нужны, так как котята могут пройти через уже имеющийся вслед за своей матерью…

Л. — Ты это сам сказал, Незнайкин. Катод диода с порогом +6 в пропустил сигнал, когда входное напряжение превысит 6 в, но он не задержит сигнал, когда входное напряжение превысит и 8 в.

Н. — Ах! Как я об этом не подумал! Но тогда я совсем не вижу выхода.

Многоканальный селектор

Л. — Успокойся, положение не безвыходное. Выделить сигналы с амплитудой от 6 до 8 в можно с помощью схем, носящих название схем несовпадения, которые приводятся в действие сигналами с катода с порогом +6 в и запираются сигналами с катода с порогом +8 в.

Н. — Согласен, но ты решил проблему, как по мановению волшебной палочки. Что это за схемы несовпадения, о которых я никогда ничего не слышал?

Л. — Такие схемы отличаются исключительным разнообразием. Например, систему для получения нужных сигналов можно установить на выходе диода с порогом 4–8 в. Такой системой, в частности, может послужить одновибратор (устройство с одним устойчивым состоянием), срабатывающий, когда сигнал превышает 8 в. Сигнал этого одновибратора будет запирать усилитель, на вход которого обычно подается сигнал с катода диода с порогом +6 в. Таким образом, этот усилитель будет работать только тогда, когда входной сигнал превышает 6 в (на его вход может пройти лишь сигнал с амплитудой больше 6 в, но менее 8 в). Сигналы более 8 в вызывают срабатывание однотактного триггера, который запирает усилитель.

Н. — Я начинаю понимать, но я бы хотел, чтобы ты внес ясность по двум возникшим у меня вопросам. Во-первых, почему ты поставил однотактный триггер на выходе диода с порогом 4–8 в; во-вторых, как делают такой запираемый усилитель?

Л. — Этот одновибратор я использовал только для того, чтобы получить напряжение, изменяющееся от «ничего» до «всего», когда диод с порогом 4–8 в начинает пропускать ток. Если для запирания усилителя я воспользовался бы непосредственно сигналом с катода этого диода, то запирание происходило бы более или менее энергично в зависимости от того, насколько входное напряжение превышает 8 в. Одновибратор здесь используется для придания запирающему сигналу соответствующей формы и величины, так сказать, для стандартизации импульсов. Уже при малейшем превышении входным напряжением 8 в одновибратор дает сигнал заданной формы и величины.

Запираемый усилитель можно сделать по схеме, которую я начертил на рис. 89.

Рис. 89. Поданный на вход диода импульс с напряжением выше 6 в отпирает транзистор Т2, если только поступающий в точку А импульс не запрет транзистор Т1.

Как ты видишь, транзистор Т1 обычно находится в состоянии насыщения. В самом деле, его база через резистор R2 соединена с +Е, и он накоротко замыкает цепь эмиттера Т2 на корпус. Все происходит, как если бы эмиттер транзистора Т2 был заземлен. В это время транзистор Т2 заперт, напряжение смещения на его базе равно нулю. Этот транзистор отпирается напряжением, поступающим с катода диода с порогом +6 в. Если в точке А нет никакого сигнала, то приходящий на базу Т2 сигнал создаст отрицательный сигнал на его коллекторе. И наоборот, если в точку А с однотактного триггера под воздействием сигнала с катода диода с порогом +8 в придет отрицательный импульс, транзистор Т1 запрется на все время его длительности и изменений на выходе (на коллекторе Т2) никаких не будет даже при отпертом транзисторе Т2.

Н. — Но признайся, Любознайкин, что твоя схема эффективна только для сигналов, которые могут прийти на базу Т2 во время выдаваемого однотактным триггером сигнала. Если же приходящие на базу транзистора Т2 сигналы окажутся более продолжительными, то вся система не сработает.

Л. — Ты прав, в принципе эта система рассчитана только на относительно короткие импульсы. При желании сделать ее пригодной для любых сигналов следовало бы заменить одновибратор своего рода триггером Шмитта и непосредственно связать выход этого триггера с базой транзистора Т1.

Н. — Тогда твой амплитудный селектор превратится в относительно сложное устройство; к счастью, у него всего лишь пять каналов.

Л. — Не успокаивайся так легко, Незнайкин. Существуют амплитудные селекторы с числом каналов до 100 и даже до 200. Просто нужно достаточное количество раз повторить описанную схему. Такие селекторы, в частности, применяются для селекции импульсов, поступающих со счетчика Гейгера — Мюллера или со сцинтилляционного счетчика. Они позволяют раздельно подсчитывать импульсы с амплитудой меньше 1 в, от 1 до 2 в, от 2 до 3 в и т. д. Такой раздельный подсчет импульсов определенного уровня позволяет получить представление об энергетическом спектре обнаруженных названными датчиками частиц.

Селекция сигналов по их длительности

Н. — А как следует поступить, если потребуется разделить сигналы не по амплитуде, а по длительности?

Л. — Возможно несколько решений. Для начала нам, естественно, следует сделать все эти импульсы одинаковыми по амплитуде, т. е. подрезать их сверху до одного уровня. После такой предварительной обработки можно воспользоваться простой дифференцирующей схемой, например изображенной на рис. 64.

Н. — Тогда я больше ничего не понимаю. Ведь такая схема превратит каждый прямоугольный сигнал в два импульса, первый положительный и второй отрицательный.

Л. — Это может произойти только с очень широкими импульсами. Вспомни, что мы говорили о возможности создания схемы произведением RC достаточно большой величины по сравнению с продолжительностью импульса. Если на такую схему подать длинный импульс (рис. 90, а), выходное напряжение получится действительно такое, как показано на рис. 90, б: в начале положительный импульс, а за ним отрицательный.

Рис. 90. Прямоугольный импульс (а), поданный на схему с RC, меньше его длительности, очень сильно деформируется, у него появляется значительный отрицательный выброс (б).

Как ты видишь, продолжительность входного сигнала настолько велика, что конденсатор за время сигнала успевает полностью зарядиться. Если же я пошлю более короткий импульс (рис. 91, а), то при прохождении сигнала конденсатору не хватит времени зарядиться (вернее, он зарядится очень немного). И на выходе схемы мы получим сигнал, близкий к изображенному на рис. 91, б, который практически не содержит отрицательного импульса.