Wymagania do opracowania wyników z ćwiczeń - WFiIS

Wymagania do opracowania wyników z ćwiczeń laboratoryjnych:
Elektronika Jądrowa
Piotr Wiącek
AGH Kraków, WFiIS
12’2012r.
Wersja: 22.12.2012
Ćwiczenia 5: Układ wykrywania i odrzucania spiętrzeń (PUI/R)
W ramach czynności przygotowawczych obserwacja impulsu o zaniku ekspotencjalnym
wymagała odczytu czasu jego narastania (kilkaset ns) oraz stałej czasowej zaniku (kilkadziesiąt
µs). Na podstawie odczytanej stałej czasowej zaniku wyznaczyć wartość szerokości t(1%) impulsu na
poziomie 1% amplitudy. Porównać stałą czasową zaniku z wartością oczekiwaną wyznaczoną na
podstawie elementów integratora aktywnego. Czas narastania odpowiedzi zależny jest od
skończonego czasu trwania impulsu z generatora oraz od jego skończonych czasów zmian.
W przypadku odczytu tylko wartość szerokości t(1%) – wyliczyć stałą czasową zaniku i porównać z
wartością rzeczywistą integratora.
Zadanie 5.2. Oczekuję, że podczas ćwiczenia została ustawiona prawidłowo szerokość impulsu
determinującego interwał detekcji spiętrzeń na wartość TD= t(1%)
Zadanie 5.3. W trybie generacji impulsów podwójnych, dla opóźnienia między impulsami
większego od t(1%) przedstawić graficznie odpowiedzi: WY-A, WY-B i KONTROL 1 (TD).
Dla opóźnienia zbliżonego do t(1%) przedstawić graficznie odpowiedzi: WY-A, WY-B i KONTROL
1 (TD). Zaobserwować zanik odpowiedzi na WY-B, skomentować jego przyczynę. Zaobserwować i
wyjaśnić szerokość impulsu wzbronienia (KONTROL 1).
Zadanie 5.4. Dla generacji impulsów podwójnych o czasie repetycji mniejszym od t(1%)
zaobserwować efekt spiętrzeń na zboczu zanikowym odpowiedzi ekspotencjalnej („na ogonie”).
Przy dalszym zmniejszaniu odległości między impulsami doprowadzić do efektu spiętrzania „na
czole” impulsu licznikowego. Sformułować i uzasadnić wioski odnośnie ograniczeń działania
układu.
Zadanie 5.5. Podać czas rozdzielczy dla pary impulsów – jakie ograniczenia szybkościowe
wynikają z tej liczny.
Zadanie 5.6. Dla danej wartości szumów (Vrms) przedstawić graficznie zależność ln(Ndyskr) vs. Vpr2
– gdzie N jest średnią liczbą impulsów na wyjściu dyskryminatora. Z fitu liniowego wyznaczyć
parametr szumowy: VN rms. Porównać tę liczbę z wartością zanotowaną podczas ćwiczenia: Vrms.
Ewentualnie dokonać stosowny fit do zależności Ndyskr vs Vpr.
Na osobnym wykresie przedstawić zależność Ndyskr vs Vpr oraz NWY-B vs Vpr. Zaproponować
zależność teoretyczną NWY-B vs Vpr. Na podstawie różnicy liczby zliczeń Ndyskr i NWY-B ocenić
efektywność wykrywania/odrzucania spiętrzeń. Skonfrontować z czasem t(1%) wartość częstości
zliczeń Ndyskr przy nasyceniu WY-B.
Ćwiczenia 8: Układy koincydencyjne
Zadanie 8.1. Obliczyć według definicji wartość współczynnika wyboru ρ.
Zadanie 8.2. Podać wyznaczoną w pomiarze czułość koincydencji. Jaki poziom sygnału
wejściowego jest wymagany do prawidłowej pracy układu?
Zadanie 8.3. Wykreślić pełną krzywą koincydencji opóźnionych i wyznaczyć wartość czasu
rozdzielczego. W przypadku pomiaru tylko opóźnienia jednego sygnału wejściowego względem
drugiego założyć pełną symetrię dla odwrócenia sytuacji opóźnień.
Strona 1 z 4
Zadanie 8.4. Podać odczytany czas martwy układu – jakie ograniczenie układowe wynika z tej
liczby?
Zadanie 8.5. Przedstawić odpowiedz czasową dla układu koincydencji 2-wejściowej ze
wzbronieniem antykoincydencyjnym. Opisać poprawność działania układu.
Ćwiczenia 12: Układy odbioru informacji czasowej - dyskryminacja
Dyskryminator progowy
Efekt wędrowania (time walk effect):
Zadanie12.1. W trakcie pomiarów notować czas przesunięcia ∆t odpowiedzi dyskryminatora na
wymuszenie impulsem wejściowym o regulowanym czasie narastania i amplitudzie. W opracowaniu
wykreślić rodzinę zależności ∆t vs czas narastania|amp=const oraz ∆t vs amplituda|czas_narast.=const.
Udowodnić poprawność uzyskanego wyniku.
Wyznaczyć dodatkowe opóźnienie ∆T związane ze skończoną czułością ładunkową dyskryminatora
jako różnicę między czasem ∆t a teoretycznym czasem odpowiedzialnym za przekroczenie
napięciem wejściowym założonego progu dyskryminacji. Wykreślić ∆T vs t n |amp=const, gdzie tn –
czas narastania – wyznaczyć parametr AQ proporcjonalny do ładunku warunkującego wzbudzenie
procesu regeneracyjnego w dyskryminatorze. Wykreślić ∆T vs 1
|czas_narast.=const, gdzie amp –
amp
amplituda – wyznaczyć parametr AQ proporcjonalny do ładunku warunkującego wzbudzenie procesu
regeneracyjnego w dyskryminatorze. Porównać wyniki na AQ – skomentować spostrzeżenia.
Efekt „drżenia” (jitter effect):
Zadanie 12.2. Wykreślić zależność σt vs tn |amp=const – z odpowiedniego fitu wyznaczyć σV –
porównać z wartością VRMS zanotowaną w trakcie ćwiczenia.
Wykreślić zależność σt vs 1
|
– z odpowiedniego fitu wyznaczyć σV – porównać z
amp czas narast.=const
wartością VRMS zanotowaną w trakcie ćwiczenia. Wnioski.
Dyskryminator stałofrakcyjny:
Efekt wędrowania (time walk effect):
Wykreślić czas_przejścia_przez_zero vs tn |amp=const – wyciągnąć wnioski, czy wynik powinien
zależeć od tn?
Wykreślić czas_przejścia_przez_zero vs amp |czas_narast.=const – wyciągnąć wnioski, czy wynik
powinien zależeć od amp?
Efekt „drżenia” (jitter effect):
Wykreślić zależność σt vs tn |amp=const – z odpowiedniego fitu wyznaczyć σV – porównać z wartością
VRMS zanotowaną w trakcie ćwiczenia. UWAGA – przy analizie teoretycznej pomijamy nieznaczną
autokorelację sygnałów z dwu torów formujących.
Wykreślić zależność σt vs 1
|
– z odpowiedniego fitu wyznaczyć σV – porównać z
amp czas narast.=const
wartością VRMS zanotowaną w trakcie ćwiczenia. Wnioski.
Strona 2 z 4
Ćwiczenia 18: Badanie modułu krzemowych detektorów pozycyjnych do
detekcji promieniowania X
Na podstawie kalibracyjnych danych zebranych podczas ćwiczenia wykonać sekwencyjnie
następujące czynności pogrupowane w zależności od stałej czasowej układu kształtowania i
ewentualnie napięcia polaryzacji sensora:
1. Zaprezentować rozkład liczny zliczeń vs próg dyskryminacji (widmo całkowe różnych
wymuszeń kalibracyjnych). Ewentualnie rozkład amplitudowy (widmo różniczkowe).
2. Dokonać fit komplementarnej funkcji błędu lub fit Gaussa do stosownych widm.
3. Zaprezentować dla wszystkich kanałów odczytowych rozkład krzywej odpowiedzi:
amplituda napięcia wyjściowego układu kształtowania vs iniekowany ładunek w jednostkach
ładunku elementarnego [e-].
4. Z fitu liniowego wyznaczyć wzmocnienie ładunkowe toru spektrometrycznego [mV/e-] oraz
napięcie niezrównoważenia dyskryminatora.
5. Wyliczyć ENC dla wszystkich wymuszeń kalibracyjnych.
6. Zaprezentować rozkład wzm., nap. niezrównoważenia i ENC dla jednego z wymuszeń
kalibracyjnych vs kanał odczytowy.
7. Wyznaczyć średnią wartość powyższych rozkładów oraz ich niepewność – wyciągnąć
wnioski i spostrzeżenia.
8. Jeśli udało się zrobić pomiary dla kilku stałych czasowych układu kształtowania to
zaprezentować rozkład ENCśr. vs. czas kształtowania – z kształtu profilu wywnioskować
jakiego typu szumy dominują w systemie.
9. Jeśli udało się zrobić pomiary dla różnych napięć polaryzacji sensora zaprezentować na
jednym wykresie rodzinę ENCśr. vs czas kształtowania dla różnych napięć polaryzacji
sensora. Wywnioskować czy szum śrutowy prądu upływu detektora ma istotne znaczenie w
całkowitym szumie systemu.
10. Jeśli udało się zmierzyć widmo całkowe źródła promieniowania to zaprezentować rozkład
widmowy źródła wyskalowany w keV (na podstawie wcześniejszych pomiarów
kalibracyjnych). Ile wynosi ENC dla poszczególnych linii promieniowania – skomentować
wynik w odniesieniu do ENC uzyskanego podczas pomiarów kalibracyjnych.
Ćwiczenia 19: Tor spektrometryczny
Zadanie 1. Na podstawie obserwacji impulsu wyjściowego przedwzmacniacza ładunkowego
porównać wyniki czasu narastania ze stosownym parametrem czasowym wymuszenia oraz stałą
czasową opadania (zaniku) ze stosownym iloczynem elementów przedwzmacniacza.
Zadanie 2. Wyznaczyć zależność wyjściowego napięcia przedwzmacniacza UOUT w funkcji
wejściowego ładunku Qin iniekowanego przez układ testowy. Wejściowy ładunek Qin określić w
jednostkach ładunku elementarnego elektronu. Dokonać fitu liniowego do zależności UOUT vs. Qin.
Współczynnik nachylenia odpowiada wzmocnieniu ładunkowemu. Wyniki liniowości dla
konfiguracji wejściowej bez i z polaryzacją sensora przedstawić na jednym wykresie. Pokazać
teoretycznie zależność wzm. ładunkowego od pojemności wejściowej – skonfrontować różnicę
wzmocnień bez i z polaryzacją z teorią.
Zadanie 3. Analogicznie jak poprzednio przedstawić na jednym wykresie zależność: UOUT vs. Qin
dla 3 i 30µs. Pokazać teoretyczną zależność wzm. ładunkowego mierzonego toru
spektrometrycznego od stałej czasowej układu kształtującego. Skonfrontować różnicę wzmocnień z
pomiaru do tego co wychodzi teoretycznie.
Zadanie 4. Policzyć ENC [e-] dla wszystkich punktów pomiarowych. Wykonać wykres ENC [e-]
vs. stała_czasowa ι dla różnych stopni układu kształtującego (najlepiej na jednym wykresie).
Zaobserwować kształt zależności – porównać z obliczeniami teoretycznymi ENC=f(ι). Na podstawie
uzasadnienia teoretycznego wywnioskować z powyższej zależności, które szumy dominują w
badanym układzie – czy prądowe czy napięciowe białe czy typu 1/f?
Strona 3 z 4
Zadanie 5. Wykreślić zależność ENC [e-] vs. Vpol, gdzie Vpol – napięcie polaryzacji sensora.
Przytoczyć analizę teoretyczną ENC w funkcji pojemności wejściowej – czy uzyskany wynik zgadza
się z przewidywaniem teoretycznym?
Ćwiczenia 20: Deficyt balistyczny
1. Na podstawie wyników pomiarowych wyliczyć względny deficyt balistyczny RBDpomiar .
2. Wyliczyć teoretycznie wartość względnego deficytu balistycznego RBDteoria dla różnych
stałych czasowych i czasu narastania.
3. Przedstawić graficznie RBDpomiar vs. tn/ι oraz RBDteoria vs. tn/ι
4. Wyniki skomentować
Ćwiczenia 21: Analizator wielokanałowy TUKAN_8K
1. Dla danej wartości skutecznej szumów wyznaczyć względny poziom FWHM vs. stała
czasowa kształtowania.
2. Wyliczyć teoretycznie FWHMwzględne czyli wartość skuteczną szumów wyjściowych układu
CR-RC podzieloną przez maksymalną wartość odpowiedzi układu na wymuszenie
impulsowe.
3. Przedstawić graficznie zależność FWHMwzg._pomiar vs 1 . Z fitu liniowego wyznaczyć
ι
wartość skuteczną szumów wejściowych. Wynik porównać z VRMS szumów wejściowych
dostarczanych z generatora.
4. Wyniki skomentować
Strona 4 z 4