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Impulsverstärker, vorzugsweise in Strahlungsmeßgeräten Die Erfindung
betrifft einen Impulsverstärker, vorzugsweise in einem Strahlungsmeßgerät. Derartige
Verstiirker crfüllen die Aufgabe, die schwachen Impulse eines Strahlungsdetektors
beispielsweise eines Zählrohres über ein breites Intensitäts-lntervall möglichst
amplitudengetreu zu übertragen. Zur Verbesserung des Auflösungsvcrmögens derartiger
Verstärker liegt im allgemeinen zwischen Strahlungsdetektor und Eingangsstufe des
Verstärkers ein sogenanntes Differenzierglied. Dabei wird von der Tatsache Gebrauch
gemacht. daß, wenn die vom Detektor abgegebenen elektrischen Impulse proportional
der Energie der sie auslösenden Strahlungsquanten sind, auch der zeitliche Differentialquotient
der Impulsspannungen den Strahlungsenergien proportional ist. Die einfachste Art
eines Differenziergliedes stellt eine RC-Kombination nach Art eines Spannungsteilers
dar, wobei die Eingangsspannung an die Serienschaltung von Kondensator und Widerstand
gelegt und die Ausgangsspannung am Widerstand abgegriffen wird. Als Zeitkonstante
eines derartigen Differenziergliedes wird vorteilhafterweise eine der oberen Grenzfrequenz
des Verstärkers entsprechende Zeitkonstante gewählt.
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Größenordnungsgemäß liegt diese Konstante ungefähr zwischen 0, 1 und
1 ills. Diese Differenzierzeitkonstante bestimmt weitgehend das Auflösungsvermögen
des gesamten Strahlungsmeßgerätes. Als Auflösungszeit ist ein Zeitabschnitt definiert,
der mit dem impuls beginnt und dann endet, wenn die Rückflanke des verstärkten Impulses
das eingestellte Niveau eines angeschlossenen lmpulshöhendiskriminators unterschreitet.
Aus diescr Definition geht hervor, daß bei einer exponentiell verlaufenden, abfallenden
Flanke eines Impulses, die Auflösungszeit vom jeweils eingestellten Diskriminatorniveau
abhängt.
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Es sind Linearverstärker bekannt, welche eine vom Diskriminatorniveau
unabhängige Auflösungszeit mit Hilfe einer Impulsformung durch eine Verzögerungsleitung
erzielen.
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Den bisher beschriebenen Linearverstärkern mit oder ohne Impulsformung,
haftet ein gemeinsamer Nachteil an. Mit wechselnder Impulsrate, d. h. bei veränderlicher
Impulsfolgefrequenz, verschiebt sich nämlich die Nullinie der Zählimpulse. Das kommt
daher, daß hinter einem im Verhältnis zum Differenzierglied um mehrere Größenordnungen
größeren RC-Glied, dem normalen Koppelglied zwischen den Stufen eines RC-Verstärkers
nämlich, das Gitter der folgenden Stufe stets auf einem Spannungsmittelwert gehalten
wird. Bei Aussteuerung des Verstärkers mit positiven Impulsspitzen tritt bei zunehmender
Impulsfolgefrequenz aus diesem Grunde eine zunehmende Ab-
senkung der Impuls-Nullinie
auf. Wegen der Nichtlinearität der Röhrenkennlinien sind lineare Verzerrungen der
Ausgangsspannung die Folge dieses Verhaltens.
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Weiter sind noch andere Linearverstärker bekanntgeworden, z. B. ein
sogenannter »Double-Line-Amplifier« in einem Aufsatz von E. Fairstein in »Rev.
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Sci. Instr.«, Vol. 27, Nr. 7, Juli 1956, »Nonblocking Double-Line-Linear
Pulse Amplifier«. In diesem Gerät wird ein durch eine Verzögerungsleitung geformter
Zählimpuls durch einen zusätzlichen spiegelbildlichen Impuls, welcher durch Reflexion
des ursprünglichen impulses in einer zweiten Verzögerungsleitung gewonnen wird,
in einen zur Nullinie symmetrischen Gesamtimpuls umgewandelt. Dabei kann keine Verschiebung
des Impuls-Nullniveaus mehr auftreten. Es muß jedoch sowohl der positive als auch
der spiegelbildliche negative Impuls von den Verstärkerstufen ohne die Gefahr der
Übersteuerung übertragen werden können. Die einzelnen Verstärkerstufen werden daher
bei diesem Gerät deshalb sehr aufwendig. Es können in der Hauptsache nur Leistungsröhren
verwendet werden.
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Es ist auch ein Verstärker für die doppelte Differentation eines
elektrischen Vorganges bekanntgeworden.
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Dieser Verstärker dient dazu, die erste und zweite Ableitung eines
zeitlichen Vorganges, der durch eine Spannung dargestellt ist, zu bilden, vor allem
zum Zwecke der oszillographischen Darstellung. Demgegenüber befaßt sich die Erfindung
mit der Steigerung des Auflösungsvermögens eines Impulsverstärkers. Mit dem Gegenstand
der Erfindung sollen also nicht der erste und zweite Differentialquotient des zeitlichen
Verlaufes einer Spannung gebildet werden,
sondern den zu verstärkenden
Impulsen eine solche Form gegeben werden, daß sie am Ende des Verstärkers einwandfrei
gezählt werden können.
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Demnach bezieht sich die Erfindung auf einen Impulsverstärker mit
zwei Differenziergliedern und nachgeschaltetem Impulshöhendiskriminator, der gemäß
der Erfindung dadurch gekennzeichnet ist, daß zur Einzelanzeige dicht aufeinanderfolgender
Impulse durch das zweite, einer Endstufe vorgeschaltete Differenzierglied das Auflösevermögen
der Anordnung von der Höhe der Ansprechschwelle des nachgeschalteten Impulshöhendiskriminators
unabhängig wird.
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Die doppelte Differentation dient bei dem Verstärker nach der Erfindung
also nicht der mathematischen Darstellung der zweiten Ableitung, sondern soll die
bisher für die Aufgabe der impulsformung verwendeten aufwendigen Impulsformerschaltungen
ersetzen.
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Das zweite Differenzierglied vor dem Eingangsgitter der Endstufe
hat gleichzeitig zwei wesentliche Wirkungen. Infolge der differenzierenden Wirkung
bricht die abfallende Flanke des Zählimpulses schneller zusammen und durchläuft
die Nullinie in negativer Richtung. Dadurch wird das Auflösungsvermögen des Verstärkers
weniger abhängig von der eingestellten Amplitude. Eine besondere Impulsformung durch
eine Verzögerungsleitung kann somit für die meisten Anwendungsfälle entfallen. Die
zweite Wirkung des Differenziergliedes besteht darin, daß wegen seiner relativ geringen
Zeitkonstanten das nachfolgende Gitter der Endstufe keine Potentialverschiebung
erleidet.
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Eine zweite Verzögerungsleitung zur Erzeugung eines bezüglich der
Nullinie symmetrischen impulses ist also auch nicht mehr notwendig.
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Die Zeitkonstante des zweiten Differenziergliedes kann zweckmäßig
ebenso wie die Zeitkonstante des ersten Differenziergliedes am Eingang des Verstärkers
in der Größenordnung einer der Bandbreite des Verstärkers entsprechenden Zeitkonstanten
liegen.
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Durch das zweite Differenzierglied tritt folgerichtig am Gitter der
folgenden Röhre des Verstärkers ein gewisses Durchschwingen der Rückflanke des Impulses
unter die Nullinie ein. Dies kann dadurch wirkungslos gemacht werden, daß die Endstufe
bezüglich ihres Arbeitspunktes in der sogenannten AB-Schaltung betrieben wird, so
daß das Überschwingen nicht
weiter verstärkt wird. Man wird außerdem den negativen
Teil der Impulsrückflanke mit Hilfe eines Richtleiters kurzschließen; dadurch stellt
sich das Gitter schneller wieder auf seinen Ruhestand ein. Diese Maßnahme erhöht
das Auflösungsvermögen des Linearverstärkers beträchtlich, indem sie ein »Zustopfen«
bei hohen Impulsraten verhindert. Dem Linearverstärker in einem üblichen Strahlungsmeßgerät
nachgeordnete Einrichtungen sind zudem gegen negative Impulse unempfindlich oder
können ohne Schwierigkeiten dagegen unempfindlich gemacht werden.