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"Diskriminstorchaltung" Die vorliegen Erfindung betrifft eine Diskriminatorschaltung.
Derartige Schaltungen eignen sich ganz allgemein zur Analyse von Impulsamplitudenspektren.
In großem Umfang finden sie besonders in der Strahlungsmeßtechnik zur Untersuchung
der Energiespektren der Strahlung Verwendung.
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Wesentlicher Bestandteil eines Diskriminators ist die Schwelle, über
die eine Zuordnung der Meßimpulse zu einem bestimmten Energiebereich der Strahlung
erfolgt.
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Für jeden die Schwelle überschreitenden Eingangsimpuls soll am Ausgang
des Diskriminators ein Impuls konstanter Amplitude und Dauer abgegeben werden.
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Die Genauigkeit und Zuverlässigkeit der Meßanordnung hangt weitgehend
von der Konstanz dieser Schwelle ab, so daß beim Schaltungsentwurf besonders darauf
zu achten ist. Einfluß auf die Schwelle haben vor allem Temperaturänderungen, Änderung
der Zählrate durch Basisliv nienverschiebung sowie Schwankungen der Versorgungsspannung.
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Besonders für An3ndnungen in der Weltraumtechnik sollte die Schaltung
unter Beibehaltung einer hohen Meßgenauigkeit in einem weiten Temperaturbereich
einsatzfähig sein, wobei zusätzlich noch auf geringes Gewicht und einen geringen
Leistungsverbrauch Wert gelegt wird.
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Der Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, eine Diskriminatorschaltung
zu entwickeln, bei der aus Gränd der Gewichts- und Leistungsersparnis einerseits
relativ wenig Bauelemente Verwendung finden, die andererseits aber eine Schwelle
von hoher Empfindlichkeit und Stabilität aufweist.
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Der Erfindung lag weiterhin die Aufgabe zugrunde, eine
Diskriminatorschaltung
mit konstanter Totzeit und ohne zählratenabhängige Basislinienverschiebung zu entwikkeln.
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Dieses Problem wird durch die in Anspruch 1 angegebene Erfindung gelöst.
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Der Vorteil der erfindungsgemäßen Diskriminatorschaltung besteht besonders
in der relativ geringen Anzahl von Bauelementen und in dem geringen Leistungsbedarf.
Das ist besonders für die Verwendung der Schaltung in Weltraumexperimenten von Bedeutung.
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Darüberhinaus zeichnet sie sich noch durch eine hohe Empfindlichkeit
und Stabilität der Schwelle in einem weiten Arbeitstemperaturbereichtaus.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnung näher
erläutert.
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Nach der hier nicht dargestellten Ladungs-Spannungskonversion des
Detektorimpulses folgt die erfindungsgemässe Diskriminatorschaltung, die für Eingangsimpulse
ab einer Mindestamplitude Auisgangsimpulse konstanter Amplitude und Dauer abgibt.
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Den gewünschten Einhbitsimpuls am Ausgang könnte man auf einfache
Weise aus einem monostabilen Multivibrator erhalten. Jedoch geben ionostabile Kippstufen
keinen Einheitsimpuls ab oder blockieren sogar, wenn sie während ihrer Kipp- und
Erholzeit erneut getriggert werden. Eine Triggersperre über diese Zeiten hinaus
wird notwendig sein. Bei Messungen der Zählrate statistischer Ereignisse läßt sich
die wahre Zählrate errechnen, selbst wenn die Meßanordnung eine Totzeit besitzt,
diese Jedoch bekannt und konstant ist. Es bietet sich somit an, die Triggersperre
mit konstanter Dauer zu realisieren, und zwar beispielsweise mit einem Zeitauflösungsvermögen
von 2/us.
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Damit liegt auch die maximal mögliche Dauer des Außgangsimpulses bzi
bekannter Erholzeit feßt.
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Läuft die Totzeit einsr Zählanordnung ab, ohne Rücksicht
darauf,
ob während der Totzeit weitere Impulse aufgetragen sind, registriert man den Bruchteil
der Zählraten f' 1 f = 1+f tT f' = registrierte Zählrate f = wahre Zählrate tT =
Totzeit Der eigentliche Diskriminator ist aus nur zwei Transistoren Ts 6 und Ts
7 aufgebaut. Seine Amplitudenschwelle wird durch die Differenz der Teilerspannungen
an der Basis und m Emitter des Transistors Ts 7 bestimmt und ist mit dem Widerstand
R 27 åustierbar. Im Basisteiler liegt die Basis-Emitter-Diode des Transistors Ts
11 zur Temperaturkompensation der Basis-Emitter-Spnnnung des Schwellentransistors
Ts 7. Für beide Teiler wurde ein gleichgroßes Teilverhältnis angestrebt, damit eine
Änderung der Schwellenspannung bei inkonstanter Versorgungapannung klein bleibt.
Ein annähernd gleiches Verhältnis ist bei kleiner Schwellenspannung verglichen mit
der die Teiler speisenden Versorgungsspannung möglich, wenn zusätzlich die Basis-Emitter-Spannung
des Transistors Ta 7 von der Durchlaßspannung der Kompensationadiode im Basiateiler
nur
wenig abweicht. Deshalb wurde die BaBis-Emitter-Strecke des
Transistors Ts 11, ein Transistor vom gleichen Typ wie Transistor Ts 7, verwendet,
weil Dioden, wie z. B.
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der Typ 1 N 4151, geringere Durchlaßspannungen aufweisen.
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Vom Kollektorstromimpuls des Transistors Ta 7, der durch ein schwellüberschreitendes
Eingangssignal verursacht wird, erfolgt die Triggerung des monostabilen Multivibrators
mit dem Transistor Ts 8 und eine Ansteuerung des Transistors Ts 6. Letzterer ist
so zwischen Eingang (Basis des Transistors Ta 7) und Ausgang (Kollektor des Transistors
Ta 7) des Diskriminators eingefügt, daß über in eine positive Rückkopplung für die
Eingangsimpulse zustande kommt, deren Amplituden die Schwelle überschreiten. Dies
ist gleichbedeutend mit einer Erhöhung der Verstärkung des Diskriminators und damit
einer Verbesserung der Ansprechempfindlichkeit und Verringerung ihres Einflußes
auf die Stabilität der Schwelle. Transistor Ta 6 ist noch vom Kollektor des Transistors
Ts 8 des monostsbilen Multivibrator ansteuerbar, so daß er auch nach Abklingen des
Eingangssignals leitend und übersteuert bleibt, d. h. genauer für die gewünschte
Totzeit. Diese wird bestimmt durch die Kippdauer des monostabilen Multivibrators
und der anschließenden Entladezeit des Kondensators C 8 über die Widerstände R 17,
R 18, R 211 R 22
unter Berücksichtigung der Basis-Emitter-Spannung
der Transistoren 25 6 und Ts 9 in ihrer Leitphase. Während der Dauer der Totzeit
- innerhalb dieser soll kein zweiter nach einem ersten die Totzeit auslösenden Eingangsimpuls
zum Triggern des Multivibrators führen - sperrt Transistor Ts 6 den Transistor Ts
5 durch Anheben seines Emitterpotentials über das der Basis und verhindert, daß
Impulse aus einem vorgeschalteten Spannungsverstärker zum Diskriminator gelangen.
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Am Emitter des Transistors Ts 5 und gleichzeitig am Diese kriminatoreingang
1 entsteht somit für jedes die Schwelle überschreitende Eingangssignal ein positiver
Einheitsimpuls von der Dauer der konstanten Totzeit und einer Amplitude aus der
Differenz des Ruhopotentials am Emitter des Transistors Ta 5 und der durch die Widerstände
R 12 und R 14 geteilten Versorgungsspannung , wenn der Transistor Ts 6 bis auf die
geringe Kollektor-Emitter-Sättigungsspannang durchgeschaltet ist.
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Diese Tatsache, daß jeder zu bewertende Eingangsimpuls mit Hilfe der
Ruckkopplung und des monostabilen Multivibrators zu einem Einheitsimpuls regeneriert
wird,
schafft die Voraussetzung, daß eine Gleichspannungsrückgewinnung
zur Beseitigung einer zählratenäbhängigen Basislinienverschiebung der Diskriminatorschwelle
entfallen knnn. Die kapazitive Kopplung am Diskriminatoreingang mit einer Zeitkonstanten
# = C 6 . R 15 . R 16 von ca. 50 ns ist kurz R 15 + R 16 gegen die Dauer des Einheitsimpulses
von 2 /us, so daß nnch jeder Vorder- und Rüekflanke Jeweils eine vollständige Umladung
der Koppelkapszität C 6 erfolgt. Es bleibt also pro Eingangsimpuls keine Restladung
zurück, und es tritt daher auch keine Bnninlinienverschiebung auf.