DE1673820B1

DE1673820B1 - Zeit-Amplituden-Wandler

Info

Publication number: DE1673820B1
Application number: DE19641673820
Authority: DE
Inventors: Robert Van Zurk
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 1963-02-13
Filing date: 1964-02-12
Publication date: 1970-11-05
Also published as: ES296373A1; US3370231A; SE314032B; CH89064A4; LU45315A1; FR1356389A; NL6401154A; BE643762A; CH431401A; GB1024356A

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf einen Zeit-Ampli- Der in Fig. 1 in einem Prinzipschaltbild darge-

tuden-Wandler zur Messung des zwischen einem An- stellte erfindungsgemäße Zeit-Amplituden-Wandler fangsimpuls und einem Schlußimpuls liegenden Zeit- enthält zwei als Amplitudendiskriminatoren ausgebilintervalls durch Erzeugung eines Signals mit einer dete Schaltungselemente 5,7, eine an deren Ausgänge dem Zeitintervall proportionalen Amplitude. 5 angeschlossene Koinzidenzschaltung 12, einen Impuls-

Zeit-Amplituden-Wandler der genannten Art fin- former 13, zwei Verzögerungselemente 6, 8, zwei biden beispielsweise zur Messung von Kernpartikel- stabile Kippschaltungen 10, 11, eine Subtraktions-Flugzeiten Verwendung. Bei derartigen und ähnlichen schaltung 15 sowie eine Integrationsschaltung 16.
Messungen treten verhältnismäßig häufig Störimpulse Zur Erläuterung der Wirkungsweise des Zeit-Am-

auf, die bei den bekannten Wandlern leicht zu einer io plituden-Wandlers 1 sind in F i g. 4 die Diagramme Verfälschung des Meßergebnisses führen können. der an den einzelnen Schaltungspunkten auftretenden

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Spannungen mit den gleichen Buchstaben wie die beZeit-Amplituden-Wandler der eingangs genannten treffenden Schaltungspunkte bezeichnet.
Art so auszubilden, daß seine Neigung, auf Stör- Trifft im Zeitpunkt t₀ am Eingang 2 ein Anfangsimpulse anzusprechen/wesentlich verringert ist. 15 impuls Vi ein, der eine bestimmte Amplitude besitzt,

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch ge- so gibt das Schaltungselement 5 einen Impuls c ab, löst, daß der den Anfangsimpuls führende Eingang dessen Dauer der maximalen Meßzeit entspricht, mit einem ersten Schaltungselement verbunden ist, Nach einem Zeitintervall r (das gemessen werden das beim Eintreffen des Anfangsimpulses einen Im- soll), d. h. im Zeitpunkt t_v möge am Eingang 3 ein puls abgibt, dessen Dauer der maximalen Meßzeit 20 Schlußimpuls Vf eintreffen. Besitzt er eine bestimmte entspricht, daß der den Schlußimpuls führende Ein- Amplitude, so gibt das Schaltungselement? an seinem gang mit einem zweiten Schaltungselement verbunden Ausgang einen kurzen Impuls d ab. Λ

ist, das beim Eintreffen des Schlußimpulses einen Im Zeitpunkt t_x stehen am Eingang der Koinzi-

kurzen Impuls abgibt, daß an die Ausgänge der bei- denzschaltung 12 somit gleichzeitig zwei Impulse den genannten Schaltungselemente eine Koinzidenz- 25 (c und ά) an. Die Koinzidenzschaltung 12 betätigt inschaltung angeschlossen ist, durch die zwei bistabile folgedessen den Impulsformer 13, der einen Impuls / Kippschaltungen in einen zweiten Zustand führbar abgibt. Durch diesen Impuls werden im Zeitpunkt t_t sind, und daß die Kippschaltungen zur Rückführung die bistabilen Kippschaltungen 10 und 11 aus ihrem in den ersten Zustand mit je einem der Eingänge ersten Zustand in den zweiten Zustand (ß) geführt über Verzögerungselemente verbunden sowie an eine 30 (Vorderflanke der Impulseh und/).
Subtraktionsschaltung angeschlossen sind, deren Der am Eingang 2 in Zeitpunkt i₀ eingetroffene

Ausgang mit einer das Signal abgebenden Integra- Anfangsimpuls Vi läuft außerdem über das Verzögetionsschaltung verbunden ist. rungselement 6 und wird hierdurch um die Zeit-

Die Erfindung beruht auf folgender Erkenntnis: spanne Θ verzögert. Das Verzögerungselement 6 gibt Bei Verwendung eines Zeit-Amplituden-Wandlers der 35 an seinem Ausgang somit im Zeitpunkt t₃ einen Imeingangs genannten Art für bestimmte Meßzwecke puls g ab, der die Kippschaltung 10 wieder in den kann man grundsätzlich davon ausgehen, daß die ersten Zustand zurückschaltet (Hinterflanke des Immeisten zu erfassenden Ereignisse eine bestimmte pulses K). In gleicher Weise wird der am Eingang 3 Zeitdauer nicht überschreiten. Störimpulse treten da- eingetroffene Schlußimpuls Vf um die Zeitspanne r gegen überwiegend einzeln auf, d. h. das Zeitintervall 40 im Verzögerungselement 8 verzögert. Der am Auszwischen zwei unmittelbar aufeinanderfolgenden gang des Verzögerungselementes 8 im Zeitpunkt i₄ Störimpulsen ist im Mittel größer als die bestimmte auftretende Impuls i schaltet die Kippschaltung 11 in Zeitdauer der Ereignisse. Die Störimpulse können ihren Ausgangszustand zurück (Hinterflanke des Im- Λ also tatsächlich wirksam unterdrückt werden, indem pulses /). Die Impulse g und i sind — wie eine Be- ™ die maximale Meßzeit des Zeit-Amplituden-Wandlers 45 trachtung der Diagramme gemäß F i g. 4 ohne weiteentsprechend der bestimmten Zeitdauer gewählt wird. res zeigt — um das zu messende Zeitintervall τ von-In diesem Fall sind nämlich der Anfangsimpuls und einander entfernt.

der Schlußimpuls, der nur vom Wandler festgestellt Die an den Ausgang der Kippschaltungen 10 und

wird, wenn er innerhalb der maximalen Meßzeit liegt, 11 angeschlossene Subtraktionsschaltung 15 bildet die einem zu messenden Ereignis zuzuordnen. Daher 50 Differenz der Impulse h und 7. Sie gibt infolgedessen wird der Wandler durch einen Anfangsimpuls effektiv den Impuls k an die Integrationsschaltung 16 ab. Die nur eingeschaltet, wenn dieser tatsächlich ein Meß- Integrationsschaltung 16 liefert an ihrem Ausgang ein impuls ist. zeitlich linear ansteigendes negatives Signal 1, dessen

Die Erfindung kann dadurch vorteilhaft weiter- maximale Amplitude (im Zeitpunkt Z₄) von der Größe gebildet werden, daß die Kippschaltungen jeweils 55 des zu messenden Zeitintervalle τ abhängt. Die Amdurch eine Tunneldiode gebildet sind. Die Verwen- plitude des Signals 1 ist somit ein Maß für das Zeitdung von Tunneldioden als bistabile Kippschaltungen interval! r zwischen dem Anfangsimpuls Vi und dem ist an sich bekannt. Schlußimpuls Vf.

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung näher Wie aus der vorstehenden Beschreibung hervorerläutert. Es zeigt 60 geht, wird das Signal 1 nur dann gebildet, wenn auf

Fig. 1 das Prinzipschema eines erfindungsgemäßen einen Anfangsimpuls Vi innerhalb der vorgegebenen Zeit-Amplituden-Wandlers, maximalen Meßzeit (Zeitdauer des Impulses c) am

Fig. 2 die Strom-Spannungs-Kennlinie einer Tun- Eingang 3 ein Schlußimpuls Vf eintrifft. Die zahlneldiode, reichen Störimpulse, mit denen am Eingang 2 zu

F i g. 3 das elektrische Schaltbild eines Zeit-Ampli- 65 rechnen ist, auf die jedoch innerhalb der genannten tuden-Wandlers mit Tunneldioden, und maximalen Meßzeit kein Störimpuls am Eingang 3

Fi g. 4 Diagramme der an den einzelnen Schal- folgt, lösen den erfindungsgemäßen Zeit-Amplitudentungspunkten auftretenden Spannungen. Wandler somit nicht aus.

Fig. 2 zeigt die an sich bekannte Strom-Spannungs-Kennlinie einer Tunneldiode, wie sie als bistabile Kippschaltung 10,11 beim erfmdungsgemäßen Zeit-Amplituden-Wandler benutzt werden kann. Die Kennlinie bildet mit der Arbeitsgeraden Δ zwei 5 Schnittpunkte α und ß, die beide stabile Arbeitspunkte sind (mit positivem differentiellem Widerstand). Der Punkt Oi entspricht einem ersten oder Ausgangszustand der Tunneldiode. Erhält sie einen positiven Spannungsimpuls, so wandert der Arbeitspunkt von « nach γ, fällt jedoch sofort auf dne Arbeitspunkt /fzurück, der einem zweiten Zustand entspricht.

Fig. 3 zeigt die Einzelheiten eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Zeit-Amplituden-Wandlers mit Tunneldioden für die bistabilen Kippschaltungen.

Die Ausgangsimpulse c und d der Schaltungselemente 5 und 7 gelangen über Widerstände 18 und 20 auf eine monostabile Tunneldiode 17 der Koinzidenzschaltung 12. Die Tunneldiode 17 erhält ihre zo Vorspannung über einen Zweig, der aus einem Potentiometer 23, einem Widerstand 25, einer Drossel 21 und einem Widerstand 22 besteht. Bei Koinzidenz der Impulse c und d liefert die Tunneldiode 17 einen negativen Impuls an die Basis eines zum Impulsformer 13 gehörenden Transistors 26, dessen Arbeitspunkt im Bereich des lawinenartigen Stromanstiegs liegt. Der Transistor 26 erzeugt somit einen positiven Impuls hoher Amplitude, der über Transistoren 35, 36 auf die Vorspannungszweige (bestehend aus den Widerständen 27, 28 und 30, 31) von Tunneldioden 32 und 33 gelegt wird, die die bistabilen Kippschaltungen 10 und 11 von Fig. 1 bilden. Durch den genannten positven Impuls / werden die Tunneldioden 32,33 in den zweiten Zustand β (vgl. Fi g. 2) geführt.

Die um Θ verzögerten Impulse Vi und Vf gelangen über die als Verzögerungskabel ausgebildeten Verzögerungselemente 6 und 8 sowie Widerstände 37, 38 auf die Tunneldioden 32, 33 und führen sie in der erläuterten Weise in den ersten Zustand <x zurück.

Die von den beiden Tunneldioden 32, 33 abgegebenen Impulse h und 7 gelangen über Widerstände 42, 43 auf die beiden Wicklungen 40, 41 eines Impulstransformators der Subtraktionsschaltung 15, in der der Ausgangsimpuls der Tunneldiode 33 vom Ausgangsimpuls der Tunneldiode 32 subtrahiert wird. Der Ausgangsimpuls k der Subtraktionsschaltung 15 wird dem Emitter eines Transistors 44 der Integrationsschaltung 16 zugeführt, die einen Speicherkondensator 49, eine Diode 48, einen parallelgeschalteten Kondensator 50 sowie Widerstände 45, 46, 47 und 51 enthält. Während der Zeitdauer τ des Impulses k ist der Transistor 44 stromleitend, wodurch sich am Ausgang 52 das Signal 1 ergibt. Seine im Zeitpunkt t_i vorhandene Amplitude wird mittels eines nicht veranschaulichten Amplitudenmessers bestimmt.

Claims

Patentansprüche:

1. Zeit-Amplituden-Wandler zur Messung des zwischen einem Anfangsimpuls und einem Schlußimpuls liegenden Zeitintervalls durch Erzeugung eines Signals mit einer dem Zeitintervall proportionalen Amplitude, dadurch gekennzeichnet, daß der den Anfangsimpuls (Vi) führende Eingang (2) mit einem ersten Schaltungselement (5) verbunden ist, das beim Eintreffen des Anfangsimpulses einen Impuls (c) abgibt, dessen Dauer der maximalen Meßzeit entspricht, daß der den Schlußimpuls (F/) führende Eingang (3) mit einem zweiten Schaltungselement (7) verbunden ist, das beim Eintreffen des Schlußimpulses einen kurzen Impuls (d) abgibt, daß an die Ausgänge der beiden genannten Schaltungselemente (5, 7) eine Koinzidenzschaltung (12, 13) angeschlossen ist, durch die zwei bistabile Kippschaltungen (10, 11) in einen zweiten Zustand führbar sind, und daß die Kippschaltungen zur Rückführung in den ersten Zustand mit je einem der Eingänge (2, 3) über Verzögerungselemente (6, 8) verbunden sowie an eine Subtraktionsschaltung (15) angeschlossen sind, deren Ausgang mit einer das Signal (1) abgebenden Integrationsschaltung (16) verbunden ist.

2. Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kippschaltungen (10,11) jeweils durch eine Tunneldiode (32,33) gebildet sind.

3. Wandler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die mit den beiden Eingängen (2, 3) verbundenen Schaltungselemente (5, 7) als Amplitudendiskriminatoren ausgebildet sind.

4. Wandler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerungselemente (6, 8) einstellbar sind.

5. Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die Koinzidenzschaltung (12) und die Kippschaltungen (10, 11) ein Impulsformer (13) geschaltet ist.

6. Wandler nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Impulsformer (13) in einer ersten Stufe einen Transistor (26) enthält, dessen Arbeitspunkt im Bereich des lawinenartigen Stromanstiegs liegt, und in einer zweiten Stufe zwei auf die Kippschaltungen (10, 11; 32, 33) arbeitende Transistoren (35, 36), deren Basis an Masse liegt.

7. Wandler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Subtraktionsschaltung (15) einen Impulstransformator (40, 41) enthält, in dem der von der zweiten Tunneldiode (33) erzeugte Impuls (/) von dem Impuls (K) der ersten Tunneldiode (32) subtrahiert wird.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen