Korbel K - Profilaktyka i terapia antyszumowaa układów elektroniki.pdf

(1310 KB) Pobierz
Kazimierz Korbel
Profilaktyka i terapia antyszumowaa układów elektroniki „Front-End”
Preprint skryptu uczelnianego Nr 1523
(wersja poprawiona i uzupełniona)
Kraków, 2006
ISSN 0239-6114
2
BG
AG
H
Spis treści
1. Wprowadzenie ..............................................................................................................
2.
Źródła
sygnału – detektory...........................................................................................
3.
Źródła
szumów ................................... ........................................................................
3.1.
3.2.
3.3.
3.4.
3.5.
3.6.
Szum termiczny....................................................................................................
Szum
śrutowy.......................................................................................................
Szum generacyjno-rekombinacyjny......................
.
..............................................
Szumy fotoemisji i emisji wtórnej..................................................................
.
....
Inne rodzaje szumów...........................................................................................
Szumowe schematy zastępcze.............................................................................
1
2
6
7
15
20
23
26
26
4. Profilaktyka antyszumowa........................................................................................... 31
4.1. Detektor półprzewodnikowy................................................................................
4.2. Wejściowe elementy aktywne..............................................................................
4.2.1. Lampy elektronowe...................................................................................
4.2.2. Złączowe tranzystory polowe....................................................................
4.2.3. Tranzystory bipolarne...............................................................................
4.3. Układy eliminujące wejściowe elementy szumiące.............................................
31
34
34
37
40
42
5. Terapia antyszumowa................................................................................................... 62
5.1.
5.2.
5.3.
5.4.
5.5.
5.6.
Rodzaje filtrów i sposoby ich opisu.....................................................................
Problem optymalnego filtru dopasowanego........................................................
Stacjonarne, suboptymalne filtry pasywne..........................................................
Filtry aktywne......................................................................................................
Filtry niestacjonarne............................................................................................
Filtry transwersalne.............................................................................................
63
65
66
69
76
83
86
Bibliografia .................................................................................................................
BG
AG
H
i3
ii 4
BG
AG
H
1. Wprowadzenie
Pomiarowy sygnał elektryczny uzyskiwany z detektorów promieniowania joni-
zującego obciążony jest addytywnie sygnałami pasożytniczymi generowanymi w różnych
równowagowych i nierównowagowych procesach fluktuacyjnych nośników
ładunku
elek-
trycznego, zwanymi ogólnie szumami.
Szumogenne fluktuacje zachodzą zarówno w detektorach (źródłach sygnału pomiaro-
wego) jak i (w sposób dominujący)w stowarzyszonych odbiornikach sygnału. Podstawową
funkcją odbiornika sygnału jest ekstrakcja pożądanej informacji zawartej w sygnale oraz
przekazanie jej do układów estymacji jej wartości. Stąd też wywodzi się inna, wchodząca
w powszechne użycie, jego nazwa „elektronika odczytu”. Obok niej w terminologii przed-
miotu pojawiła się w ostatnich latach nazwa nie mająca w języku polskim
ścisłego
odpo-
wiednika, a mianowicie ”ELEKTRONIKA FRONT-END'” obejmująca tym pojęciem ukła-
dy elektroniczne pozostające w najbliższym sąsiedztwie ze
źródłem
sygnału (detektorem).
Elementy czynne i bierne zawarte w tej części elektroniki odczytu z tytułu swej lokalizacji
w torze pomiarowym wnoszą najbardziej znaczący udział w globalne szumy spektrometru.
Poziom szumów globalnych determinuje w konsekwencji nieoznaczoność estymacji war-
tości wyznaczanych parametrów sygnału czyli błąd bezwzględny ich pomiaru.
Bardziej miarodajnym wskaźnikiem wiarygodności pomiaru jest względny błąd
pomiaru, wyrażany przez wielkości pochodne jak „stosunek sygnału do szumu” (SNR)
w spektrometrii amplitudowej lub „stosunek nachylenia do szumu” (SLNR) w spektrometrii
czasowej. Wynika stąd oczywista nierozłączność analizy szumowej i sygnałowej.
Procedury takiej komplementarnej analizy powinny doprowadzić do pełnej identy-
fikacji wszystkich
źródeł
szumu, oraz wskazać kierunki możliwych działań zmierzających
do poprawy rozdzielczości amplitudowej i/lub czasowej spektrometru. Kierunki te dają się
a'priori
sklasyfikować w dwie grupy:
•
działania „profilaktyczne” prowadzące do minimalizacji poziomu szumu genero-
wanego przez poszczególne
źródła
a nawet do usunięcia z układu niektórych elementów
szumiących,
•
działania „terapeutyczne” umożliwiające na drodze racjonalnego procesowania syg-
nału i szumu uzyskanie maksymalnej wartości stosunku sygnału do szumu.
BG
AG
H
1

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika:

Zgłoś jeśli naruszono regulamin