Warning: count(): Parameter must be an array or an object that implements Countable in /data/www/livni-tmp/libraries/cms/application/cms.php on line 464

Warning: count(): Parameter must be an array or an object that implements Countable in /data/www/livni-tmp/libraries/cms/application/cms.php on line 464
Elektronika

Princip práce elektroniky

 

Nyní již můžeme přistoupit k popisu jiných, zdá se mi, že pro vás nových, věcí. Co ještě, kromě samotného detektoru, je třeba udělat, abychom vyřešili naši hlavní úlohu (viz výše)?

Za první je třeba si uvědomit, že tím, že jsme zprovoznili jeden detektor, jsme ještě ničeho nedosáhli. Proč, zeptáte se? Protože záznam (objevení se signálu) v našem detektoru ještě nic neznamená. Jsou minimálně tři možnosti proč zareagoval – průchod jedné nebo několika částic spršky (náš případ); šum ve fotonásobiči (v libovolném systému s vysokou citlivostí je to pravděpodobné) a reakce na částice z radioaktivního pozadí ze zemských hornin. Co udělat? Jedno z nejjednodušších řešení je postavit vedle našeho detektoru ještě jeden detektor a registrovat (zapisovat údaje do počítače) jen ty případy, kdy se v obou detektorech objeví signál uvnitř časového okna ± DT (v současné době je zvolena ± 1 mikrosekunda). Je pochopitelné, že v případě šumů nebo radiace k takové shodě dojde jen zřídkakdy, zatímco ve spršce současně letí stovky částic a s velkou pravděpodobností budou našemu kritériu současné registrace vyhovovat. Jednoduché je tuto myšlenku vyslovit složitější ji realizovat.

Trochu odbočíme a popřemýšlíme jak se rozhodujeme v běžném životě. Když jsem přemýšlel jak vám nejlépe vysvětlit jak pracuje elektronika našeho experimentu, pochopil jsem, že mnohé funkce jsou analogické případům z běžného života. Zpočátku zavedeme pojem "práh". Práh je moment rozhodnutí. Jestliže něco nedosahuje určité hodnoty, postupujeme podle scénáře 1 (např. neděláme nic), jestli je určitá hodnota překročena to podle scénáře 2. Příklady můžeme najít na každém kroku:

Příklad 1

Deštník a déšť. Pokud neprší nebo prší jen slabě deštník nepoužijete. Pokud již déšť přesáhne určitou mez (každý má tu svou) už ho použijete.


Příklad 2

Chrápání souseda za stěnou. Pokud je sotva slyšitelné nevěnujete mu pozornost. Pokud se už i stěna třese, pak začnete bouchat na stěnu.


Рříklad 3 vymyslete si sami :-)

Stejné je to i zde. Nejprve se musíme rozhodnout, zda to, co registrujeme, je signál nebo ne. Všichni máte zkušenost se šumy, a kdo ji ještě nemá, nech zapne na maximum libovolný zesilovač zvuku bez připojeného vstupu a určitě uslyší šumy zesilovače. V každé elektronice existují šumy. Kromě toho, i když náš detektor reaguje na průchod částice generováním elektrického impulzu, není to generátor standardních impulzů ale reálný detektor a proto i velikost impulzu na jeho výstupu bude záviset od mnoha faktorů: a) fluktuace energií ztracené částicí při průchodu citlivou částí detektoru b) fluktuace světla vyzářeného v důsledku návratu elektronů nebo molekul scintilátoru do původního stavu c) různou efektivitou fotonásobiče pro konverzi světla z různých částí detektoru d)...

Výsledný signál, pokud se naň podíváme na osciloskopu bude vypadat asi takto. O tom, co je to osciloskop a jak se s ním pracuje se je možné dozvědět na

YouTube. Doporučujeme vám podívat se na video různých signálů z našich detektorů a vysvětlení k nim. Odkaz na ně je v části Projekt--> Video (russian version only).

 

Uvedené výše signály jsou nakreslené a každá čára odpovídá určitému signálu z detektoru. Na jednom obrázku jsou čtyři různé signály typické pro čtyři případy registrace signálu

Zde a znovu vám musím vysvětlit ještě jednu technickou podrobnost. Někdy se fyzici zajímají nejen o sám fakt registrace signálu ale i o informací, která je v signálu obsažena - zajímá je například amplituda signálu nebo plocha/integrál pod signálem (udává obvykle celkový náboj). Pro inženýry v oboru elektroniky je to tzv. "analogová" elektronika. Podrobnosti si povíme někdy později a zatím se vrátíme k jiné oblasti elektroniky tzv. "logické elektronice". Náš případ patří sem. Chceme vytvořit schéma, které by vybíralo jen případy registrace signálů oběma našimi detektory současně. Jak již bylo řečeno tyto případy s největší pravděpodobností odpovídají registraci ŠAS (no ne na 100%!). Jaká bude amplituda signálu je nám zatím jedno.

 

Pokud v analogové technice je informace uložena ve tvaru signálu, pro přijetí logického rozhodnutí je vhodné (jednodušeji realizovatelné) změnit různé signály na definovaný "standardní" signál. Nejlépe v signály se stejnou amplitudou. Abychom se rozhodli, zda se jedná o signál nebo šum a vygenerovali signál se standardní amplitudou byl vymyšlen modul s názvem "diskriminátor". On "rozhoduje" zda otevřít deštník nebo ne. Má dva vstupy a jeden výstup. Na jeden vstup je přiveden signál z detektoru, na druhý práh (reference, etalon), kterým je regulovatelná úroveň stejnosměrného napětí.

 

Z obrázku je zřejmé jak diskriminátor pracuje. Referenční úroveň je aktivní stále. Na druhý vstup přichází signál z detektoru. Pokud je signál z detektoru nižší než referenční úroveň na výstupu není aktivní signál. Pokud dojde k převýšení referenční úrovně signálem, na výstupu se objeví signál se standardní úrovní. Standardní proto, protože musí existovat úmluva jaká to musí být úroveň, aby bylo možné pracovat se stejnou logikou v různých zařízeních. Existuje vícero standardů. Např. standart NIM má úroveň logické jedničky definován jako -0,8V (mínus 0,8 voltu). Pokud je signál na vstupu diskriminátoru vyšší než práh objeví se na výstupu signál s úrovní logické jedničky. Tak jsme dostali signál se standardní amplitudou.

A tak jsme udělali první krok k vytvoření bloku, který má plnit funkci rychlého, elektronického a automatického rozpoznání současného průletu částic skrz oba detektory. Nyní se podíváme jak bychom mohli co nejjednodušeji realizovat úlohu rozpoznání současných průletů. Zkuste sami pochopit následující schéma. Je už pochopitelné, že zpočátku s pomocí diskriminátorů ze signálů různých tvarů z obou detektorů vytváříme dva standardní signály. Řekněme že každý bude mít amplitudu “Δ”. Potom spájíme jednoduché schéma ze tří odporů. Společný (spodní) odpor bude na mnoho větší než dva horní. Ze spodního odporu, na kterém dojde ke sčítání proudů od obou našich detektorů, dovedeme signál na vstup ještě jednoho diskriminátoru, na kterém zadefinujeme úroveň prahového napětí vyšší než Δ (řekněme 1,5 Δ).

 

Pokud je na vstupu pouze jeden signál (libovolný) bude napětí na vstupu diskriminátoru Δ, což je pod prahem a na výstupu nebude očekávaný signál. Jestli však přišly od detektorů současně dva signály (lépe řečeno alespoň částečně se překrývají v čase) na výstupu diskriminátoru se objeví signál hovořící o tom, že naše zařízení zaregistrovalo událost velmi podobnou ŠAS a všechnu je třeba zapsat do počítače k pozdější analýze..

Takovému signálu říkají fyzici "triger" nebo trigerovací signál. Slovo pochází z angličtiny kde trigger znamená spoušť (neboli kohoutek) libovolné zbraně.

 

Závěr.

Na réto stránce jsme se na co nejjednodušší úrovni pokusili popsat princip práce jedné bázové stanice "Rusalka". Dvě scintilační plochy ležící vedle sebe plus schemata formování signálů. Podstatné je správně zadat prahové úrovně obou prvních diskriminátorů pro každý z dvou detektorů. To je první volitelný parametr, který musí fyzik - experimentátor správně vybrat.

 

Schema koincidence, použitá za těmito diskriminátory nám dovoluje automaticky vybrat a dát povel (triger) k zápisu do počítače všech událostí s předpokládanými parametry ŠAS.


Warning: count(): Parameter must be an array or an object that implements Countable in /data/www/livni-tmp/libraries/cms/application/cms.php on line 464