实验4 峰值保持器
一、实验目的
1. 掌握单稳态触发电路的原理；
2. 熟悉峰值保持器的电路结构和工作原理； 3. 了解峰值保持电路的工作时序。
二、实验原理
峰值保持器又称为模拟展宽器，它主要用于把脉冲信号的峰顶展宽。在进行能谱测量的时候，所测的是脉冲的峰顶幅度，但是探测器输出信号经放大成形后的脉冲信号其峰顶宽度是比较窄的，不满足多道脉冲幅度分析器和其它仪器的要求。这时必须由模拟展宽器将脉冲展宽，使脉冲的峰值保持一段时间，再送入后续电路。
图1 模拟展宽器基本工作原理
模拟展宽器的基本工作原理是利用二极管的单向导电性和电容器的贮存作用，工作原理如图1所示。在图1中由一个二极管D和一个存贮电容CH构成最简单的峰值保持电路。输入信号Vi通过二极管D向存贮电容CH充电，充到Vi的最大幅度值ViM。充电时间常数为(Ri+rD)CH。Ri为信号源内阻，rD为二极管正向电阻。理想情况下，CH上保持ViM不变，如图中虚线所示。但是，实际二极管的反向电阻rR不是无穷大，下一级存在一定的负载电阻，以及存贮电容CH也存在漏电，所以存贮电容上的电位Vc从ViM缓慢下降，如图中实线所示。
实际模拟展宽器电路只在脉冲峰顶被存贮电容CH上展宽到一定宽度后，
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图2 延迟开关放电型峰值保持电路
就开始放电。实验用电路板的放电形式如图2所示。由于二极管存在非线性，其正向电阻rD是流过该管电路的函数。在输入幅度不同条件下，rD是一变量，在校幅度范围时变化更大。输入幅度小，rD大，充电速度慢。为了加快充电速度，减小rD的非线性，可以用运算放大器使rD减小为rD/(1+A)。
模拟展宽器用于保持信号的峰值，所以要求它具有线性电路的特性，如输入信号幅度范围、线性、稳定性等。另外，模拟展宽器还有它的一些特有的指标要求，如下垂速率、转换速率等。
1、模拟展宽电路
实验电路板的模拟展宽电路如图3所示。输入信号通过A3（隔离放大），进入由二极管D1和电容CH组成的模拟展宽电路。二极管D2的作用是，当输入脉冲变成负脉冲时，该隔离放大器将变成跟随器（即该电路只放大正脉冲，不放大负脉冲）。输入信号在P4点得到展宽后将通过A4（跟随器）输出，同时这个输出通过P6进入到峰值判别电路中（电路图中的A2）。
图3 模拟展宽电路
2、控制电路
控制电路用于控制和判别模拟展宽器的峰值，信号由P1输入输入之后，首先进入P7，P7和P8经过甄别器A1，用于判断输入信号数否为有用信号，RW1用于调节甄别器A1的甄别阈，输入信号只有大于这个甄别阈才有输出，此时输出为一个高电平。该高电平进入D触发器U1A，作为时钟信号（控制信号），由图4可知U1A的初始状态为5脚输出低电平，6脚输出高电平，当CLK端有高电平输入的时候，它就翻转，此时6脚输出低电平到模拟开关K2A，K2A就断开；5脚输出高电平到U1B的D端，U1B的初始状态和U1A的一样（开始时，8脚输出高电平，9脚输出低电平），从P6返回来输入到A2（峰值判别）中信号经过与输入信号P11比较，一旦P6达到峰值，将使得A2的输出由低电平变为高电平，次信号由P12输入到U1B的CLK端作为控制信号。U1B的CLK端有高电平输入时，该延时触发器将翻转（8脚变成低电平，9脚变成高电平），9脚的信号输出到模拟开关K1A中作为开门信号，此时输入信号的正半部分将不
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能通过P2进入A3。
总的来说，A1在电路中的作用是甄别过滤无用信号，使有用信号通过并作为D触发器U1A的时钟信号；A2的作用是将输入与输出做比较，判断输出信号是否已达到峰值，如果达到峰值将输出一个控制信号到D触发器U1B的CLK端。两个触发器输出控制信号以控制模拟开关K1A和K2A的通断。
图4 控制电路
3、模拟开关
模拟开关如图5所示，它具有高通低断的特性（即高电平来的时候导通，低电平来的时候断开）。使用它可以完成对信号峰值的展宽。
4、延时电路
延时电路的主要作用是产生延时
信号，用于控制D触发器U1A和U1B使其在延时时间达到后翻转，从而实现信号展宽宽度的控制。实验中科通过调节RW2来调节延时时间。P20处的一排跳线开关用于实现自动、手动和外控的控制功能。该电路最终可输出展宽后的信号、甄别信号和峰值达峰信号等信息。
图5 模拟开关
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图6 延时电路
5、控制逻辑
该电路的控制逻辑如图7所示。在t0时刻没有信号，模拟开关K1断开，K2导通，控制电路处于等待状态，此时输出为0；t1时刻有信号输入，并超过甄别器的甄别阈Vset，此时K1断开，K2断开，模拟展宽器开始充电，输出等于输入；t2时刻输入信号到达最大值，此时K1导通，禁止下一个正向信号通过，K2断开，模拟展宽器开始保持电容CH上的峰值，输出等于最大值（峰值）；t3时刻展宽到一定宽度后，延时电路给出延时控制信号，此时K1断开，K2导通，电路复位，开始下一个循环。
图7 控制逻辑
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三、实验内容
在输入端用信号发生器输入一个窄脉冲，用示波器观察输入端各观测点的波形变化情况，同时可以将峰值保持器的输出信号输入接到MCA板上，调节输入的幅度，观察经AD转换后的变化。用万用表对输入电压和输出电压进行准确测量。
熟悉调节RW1可以改变Vset的大小，改变电路板上的JP跳线可以使得RST处于三种方式的复位情况，手动，自动，和控制信号，板上有对应的注释。
四、实验步骤
1. 按照电路原理图对照实验电路板，熟悉调节的元器件和观察点位置，并将JP跳线处于自动的位置上；
2. 按要求接好峰值保持器实验板，接通电源；
3. 调节信号发生器使其输出为正三角波f在2-5KHz，幅度为3V，将信号发生器加到电路板上Vin端；
4. 用示波器观察P1-P14的波形输出。
五、实验设备
峰值保持器实验板、信号发生器、示波器、万用表、直流稳压电源、工具箱。
六、实验电路原理图（图8） 七、实验思考题
简述峰值保持器在核仪器中获取信号后的作用，分析在该实验中电路是如何进行峰值保持的？
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