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
Электроника

Принцип на работа на електрониката

 

Сега можеме да пристъпиме към описание на съвсем, както ми се струва, нови за вас неща. Какво още, освен един детектор, трябва да се направи за решаването на нашата Главна задача.

Най-напред трябва да се разбере, че слагайки на земята един детектор ние нищо не получаваме. Защо? Защото появата на сигнал от този брояч още нищо на доказва. Има най-малко три причини за сигнал: - преминаване на една или няколко частици от «снопа» частици от ШАП (наш случай); шумов сигнал от ФЕУ (във всяка система с голямо усилване на сигнали това е напълно възможно) и радиоактивен фон от минералите на Земята. Какво да правим? Един от най-простите начини е да се постави над него още един брояч и записват данни само за тези събития, когато в двата брояча се появяват сигнали във временен «прозорец» ± DT (в момента е избран ± 1 микросекунда). Ясно е, че шум и фонова радиация почти няма да дават такива събития, а в «снопа» на пороя едновременно и близко летят стотици частици и с голяма вероятност ще удовлетворяват тези условия. Но едно е да се каже, а друго е да се реализира технически.

Как се приемат решения в нашия живот? Обмисляйка, как по-добре да обясня работата блоковете на електронната логика в нашия експеримент, аз разбрах, че много техни функции имат аналог в ежедневието. Отначало да въведем понятието “праг”. Праг е граница за приемане на решение. Ако нещо е по-малко от дадена величина — вие действате по един сценарий (например, нищо не правите), ако то е по-голямо, то по друг. Има много примери на всяка крачка.


Пример 1

Чадър и дъжд. Ако няма дъжд или той е много слаб — вие не отваряте чадъра, ако той е по-голям от някакъв праг (за всеки свой), то отваряте.


Пример 2

Хъркане на съседа зад стената. Ако едва се чува — вие не обръщате внимание, ако стената се тресе, то вие чукате по нея.


Пример 3 ще измислите сами :)

Така е и при нас — преди всичко трябва да вземем решение — има ли сигнал или няма? Вие всичко разбирате, но, ако някой не се е замислял, то да пусне телевизора на максимална мощност при изключена антена, чуе шумовете на усилвателя и разбере, че във всеки електронен канал има шум. Освен това, сцинтилационния детектор дава сигнал при преминаване на частица, но това не е генератор на стандартни сигнали, а реален детектор и големината на сигнала на изхода ще зависи от много причини:

  • флуктуации (различни всеки път) на енергията, която се отделя като йонизационни загуби в обема на детектора;
  • флуктуации в преобразуване възбуждането на атомите в сцинтилационна светлина;
  • различна ефективност на събиране на светлината от ФЕУ от различни части на сцинтилатора
  • ......

В резултат на това сигнала, ако го гледаме на осцилограф, ще изглежда по някакъв начин.
Какво е това осцилограф и как се работи на него може да узнаете в YouTube. Препоръчваме ви да разгледате видео сигнали от нашите детектори и поясненията към тях. Такъв материал може да намерите в раздела Проект--> Видео

 

 

Сигналите са нарисувани с ръка и всяка линия отговаря на случай на отделен сигнал от детектора. На рисунката са сигнали от 4 различни частици, дадени в една картина.

Тук трябва да обясня още една техническа подробност. Понякога физиците се интересуват на само от факта на регистрация на сигнала, но и от тази информация, която той съдържа — например, амплитуда на сигнала или големина на сигнала (сумарен заряд), която е равна на интеграла под сигнала (площ). За инженерите по електроника това е особен клас от електрониката — така наречената “аналогова” електроника. Подробности за това, може би, ще дадеме по-късно, а сега ще се върнем към друг раздел от електрониката за детекторите — така наречената “логическа” електроника. Това е наш случай от този раздел. Ние искаме да създадем електронен блок, който би отбирал само случаи на едновременни сигнали от двата наши детектора. Както вече беше казано — тези случаи преди всичко съответстват на факта на регистрация на ШАП (но не 100%). Каква ще бъде амплитудата или формата на сигнала на този етап няма значение.

 

 

Ако за аналоговата електроника цялата информация се съдържа във формата на сигнала, то за приемане на логическо решение е желателно (по-лесно се реализира) да се превърне сигнал с произволна форма в някакъв “стандартен” сигнал. Преди всичко, в сигнали с една и съща амплитуда. За решаване на тази задача инженерите са създали блок, който се казва “дискриминатор”. Той “решава” - трябва ли да се отваря чадъра или не. За тази цел има два входа и един изход. На единият вход се въвежда сигнала от детектора, а на другия някакъв еталонен (опорен) сигнал—просто постоянно напрежение с регулируемо ниво.

 

 

Разглеждайки тази картинка може да съобразите как работи блока на дискриминатора. Еталонното ниво присъства всякога. На другия вход постъпва сигнал от детектора. Докато той е по-малък от еталонното ниво — на изхода няма нищо. Когато двете нива стават еднакви на изхода се появява сигнал със стандартно ниво (стандартен, защото специалистите се договаря какво трябва да бъде това ниво, за да се създават на различни места електронни блокове и те всички да работят в различни установки. Съществува, например, стандарт NIM, в който това ниво е (- 0.8 в) (минус 0,8 волта). Докато сигнала е по - голям от еталонното ниво — на изхода има това стандартно ниво. Когато падне под еталонното ниво — напрежението на изхода изчезва. По този начин формирахме сигнал със стандартна амплитуда. За всички случаи, когато сигнала е по-голям от нашия “праг” (нова дума, обясняваща смисъла «еталонен сигнал») от блока на дискриминатора се подава сигнал със стандартна амплитуда.

И така, ние изпълнихме първата част на задачата за създаване на блок за електронно и бързо (автоматично) отбиране на събития, когато едновременно се появяват сигнали от двата детектора. Сега да видим, как може по най-лесен начин да решиме задачата за създаване на блок за двукратни съвпадения. Опитайте да я решите като си представите следната картина. Най-напред, чрез дискриминатор, превръщаме «скачащите» сигнали от двата детектора в два стандартни сигнала, всеки с амплитуда “Δ”. След това взимаме поялник и създаваме най-проста схема от три съпротивления. При това общото (долно съпротивление) е много по-голямо от двете горни. От долното съпротивление, на което се «сумират» токовете от двата наши детектора, взимаме сигнал на входа на още един дискриминатор, на когото поставяме ниво на опорното напрежение по-голямо Δ (например, 1,5 Δ). Помислете как работи такава схема.

 

 

Докато на входа има само един сигнал, напрежението на входа на дискриминатора е само Δ (по-ниско от прага) и на изхода няма сигнал. Ако два сигнала от детектора са пристигнали заедно (по-точно, има поне частично съвпадение по време) — на изхода на дискриминатора ще се появи сигнал — говорещ за това, че в нашата установка се е появило събитие, приличащо на събитие от ШАП и цялата информация за него трябва да бъде записана на компютъра за следващата, по-подробна, обработка.

Такъв сигнал физиците наричат “триггер” или триггерен сигнал от английската дума trigger, което е просто спусък на пушка или на някакво стрелящо оръжие.

 

Заключение

В този раздел беше направен опит да разкажем на елементарно ниво принципа на работа на една детектираща станция от нашата “Русалка”. Два сцинтилационни брояча един до друг, плюс схеми за формиране. Ние с вас трябва правилно да избереме нивото на прага на първите формиращи дискриминатори за всеки от двата детектора. Това е първия свободен параметър, който физика експериментатор трябва правилно да подбере.

Схемата на съвпадения, включена след дискриминаторите, позволява автоматически да се отбира, за записване в компютъра, на цялата информация (изработва триггер на събитието ШАП).


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