新型核電子學實驗系統峰值保持電路的設計

韓成磊?嚴斌?程琳

摘 要：峰值保持器又稱為模擬展寬器，是核電子學試驗系統的重要組成部分，傳統的峰值保持電路依靠電容的充放電作用實現展寬，不能滿足多道脈沖幅度分析器和其他后續測量電路的要求。本文設計一種新型峰值展寬電路，通過控制單穩態觸發器達到保持峰值信號的作用，實驗證明，該電路能夠有效地展寬脈沖信號的峰值，滿足核電子學實驗的要求。

關鍵詞：峰值保持器；核電子學；多道脈沖幅度分析；單穩態觸發器

峰值保持器又稱為模擬展寬器，它主要用于把脈沖信號的峰頂展寬。在進行能譜測量的時候，所測的是脈沖的峰頂幅度，但是探測器輸出信號經放大成形后的脈沖信號其峰頂寬度是比較窄的，不滿足多道脈沖幅度分析器和其他儀器的要求[1]。這時必須由模擬展寬器將脈沖展寬，使脈沖的峰值保持一段時間，再送入后續電路原峰值保持器的基本工作原理如圖1所示：

模擬展寬電路雖然比較常見，原理也比較簡單，但是也存在著幾個比較嚴重的缺陷：一是輸入信號經過單向導電的二極管后會有0.5V左右的電壓降；二是特定的存貯電容CH只適用于頻率范圍很窄的輸入信號[2]；三是因為要兼顧跟隨與保持特性，電路保持效果并不理想；四是電路易受干擾，精度不高。

1.新型峰值保持電路總體設計

針對以上問題，本文設計了一種全新的峰值保持器，將輸出Vo逐漸增大到輸入Vi的峰值水平（ViM）并保持下去。當Vo1為-5V時，輸入經A2反相放大后輸出正信號，但是因為極性電容E具有存貯電位的作用，輸出Vo會呈現緩慢上升的趨勢本文設計的峰值保持器基本原理如圖2所示。

2.峰值判別電路

峰值判別電路的作用是判斷輸出信號是否達到峰值并產生下級延時電路的觸發信號。

模擬展寬電路的輸出Vout經模擬開關控制后（Vo），在U100比較器中與經輸入信號Vi比較，當Vo大于Vi時，U100輸出高電平，當Vo小于Vi時，U100輸出低電平。

3.延時電路

延時電路如圖4所示。當輸出Vo達到峰值時，單穩態觸發器U101A被上級峰值判別電路產生的上升沿觸發翻轉，1Q和1/Q分別由作為各自穩態的低電平和高電平變為自身暫穩態的高電平和低電平。

4.控制時序

時序如圖5所示，在0-t1時刻， VoVi，LM311輸出高電平，單穩態觸發器221A被產生的上升沿觸發，1/Q翻轉為低電平，控制開啟A/D轉換，1Q由低電平翻轉為高電平，并在保持（t2-t1）時間后跳回低電平，從而產生一個下降沿，觸發下級單穩態觸發器221B翻轉。

5.硬件電路與軟件調式結果

模擬展寬電路的輸入信號、輸出信號仿真結果如圖6所示：

通過電壓跟隨器LM358B得到的輸出信號，輸出跟隨輸入信號變化，波形不變，幅度為1.5V。

本文設計的新型核電子學實驗系統峰值保持電路，具有對脈沖信號展寬實驗長，峰值保持效果好等顯著優點，可以對后續模數轉換電路提供有效的采集信號，提高了核電子學實驗的效果，通過改進也可以在真正的核信號采集儀器儀表中得到應用。

參考文獻：

[1]賈文懿.核地球物理儀器[M].北京：原子能出版社，1998.

[2]閻 石.數字電子技術基礎[M].北京：高等教育出版社，2003.

（作者單位：東華理工大學核工程與地球物理學院）