Приветствую всех!
Столкнулся с необходимостью сделать пиковый детектор для импульсных сигналов. Форма входного импульса-колоколообразная, длительность - единицы микросекунд, амплитуда от единиц мВ до 5В. Необходимо чтобы на выходе моего детектора пиковое значение держалось с точностью хотя бы 1% в течение 250мкс. "классическая" схема на операционнике и диоде с конденсатором была отметена сразу - когда диод закрывается, через его емкость часть заряда конденсатора (3,3 нф) "стекала" обратно, это особенно заметно было при низких уровнях сигналов (до вольта).
Далее было предпринята попытка улучшить ситуацию: ставим 2 диода последовательно, на точку их соединения даем через резистор на 20ком (не принципиально) сигнал с выходного повторителя. Ситуация меняется на противоположную - появляется ошибка "вверх" из-за того что операционники не успевают отрабатывать. Операционники - все AD8610, довольно шустрые и с высоким водным сопротивлением. По величине ошибки (примерно на треть или чуть больше, зависит от уровня сигнала) понятно что заменой операционника даже (гипотетически) на в 10 раз более быстрый проблему не решить.
Внутреннее ощущение такое что проблема решается просто. Натолкните на путь истинный, кто сталкивался. Спасибо!

Ага. Можно сделать усилитель с передним фронтом десятки наносекунд и задним сколько загрузка позволяет. Для того случая , что я делал загрузка была максимум 10кгц, а реально сотни герц и усилитель , что я туда поставил имел задний фронт 70мкс (т.е. пила). Спектр шума фэу ровный, поэтому формировка гауссом не даёт приемуществ в сигнал шуме. При таком раскладе можно существенно упростить схемотехнику.


И интегратор пойдёт, но можно сразу к усилителю подключить микроконтроллер со встроенным ацп, надо только усилитель заменить.

Когда импульса на входе нет, тока через диоды тоже нет. Соответственно, нет и падений напряжения. Или я не прав?

Сообщение отредактировал Herz - Mar 14 2010, 22:02

1.мне не совсем понятно, что будет измерять АЦП (в данном случае AVR), если на входе пила... у него конденсатор УВХ отключается от входа после начала преобразования?
2.как у Вас реализуется длинный задний фронт? за счет чего?

т.к. входное напряжение у меня с полочкой 1В, то ток через второй (вспомогательный) диод составляет примерно (1-0,7)/4700=60мкА, а падение напряжения на нем должно быть равно падению напряжения на диоде детектора в момент выключения (прохождения пика). использование сдвоенного диода позволяет программно учесть температурный дрейф

для малого сигнала вроде тоже работает (правда непонятно насколько идеально/неидеально симулируется диод). на входе 1В с импульсами 100мВ, красный луч - выход компаратора, сиреневый - сброс:
[attachment=41802:________..._______3.JPG]


это тоже вопрос... амплитуда импульса пропорциональна энергии фотонов (гамма-кванта), а вот интеграл?

1.Не знаю, какой ацп у авр, а у микрочипа он довольно быстро семплирует, только при конверсии резких переходов на входе не любит. Вот ещё дельфино есть. Измерять будет конечно напряжение, семплировать можно от встроенного компаратора , в пиках это где-то 150нс задержки плюс 150нс задержки на интерапт, если не полить.
2. За счёт конденсатора в цепи обратной связи.
Если длительность импульса не меняется от амплитуды , то и интеграл будет пропорционален , ну а если всё точно промерить, то окажется что и усилитель имеет нелинейность, которую неплохо бы таблицей в контроллере поправить.

частота преобразования АЦП у AVR не выше 200кГц (для 10-битного разрешения), в подпрограмму обработки прерывания он может входить до 8 тактов. в общем все получается довольно медленно, нужно сохранять амплитуду импульса

так ведь интегрирование получается, передний фронт тоже затянется

почему не меняется? я совершенно четко вижу на экране осциллографа, что чем выше амплитуда, тем больше длительность, но вот насколько сохраняется эта пропорциональность? видимо схемотехника вносит свою погрешность, хотя понятно, что она есть по-любому

PS: вообще цель следующая... сейчас радиометр работает в счетном режиме с некоторым настраиваемым порогом дискриминации. хочется сделать входной каскад более универсальным, чтобы можно было оценивать спектр. суперточность не нужна, в пределах 1%

Сообщение отредактировал stells - Mar 15 2010, 08:08

Что-то медленно совсем - у микрочипа 2Мгц у дельфина 12Мгц.

Не факт.

По идее длительность менятся не должна, только амплитуда, если длительность меняется это плохой знак.

Если затянуть задний фронт, то можно получить такую точность измеряя длительность импульса компаратора, правда не знаю, насколько это авру под силу.

да, тоже вариант, есть захват таймера по прерыванию от компаратора

немного откорректировал алгоритм работы схемы. сама схема такая:

предварительный усилитель ФЭУ выполнен на 2-х транзисторах BC817. используется сейчас для регистрации гамма-квантов с порогом от 20кэВ и выше (счетный режим), только для анализа спектра от 20кэВ до 3МэВ (торий 2,62МэВ) снизил коэффициент усиления увеличением глубины ООС, питание однополярное 5В, постоянная составляющая на выходе 800мВ. шустрых ОУ Rail-to-rail по входу и выходу я все-равно не знаю, поэтому их нужно смещать, а значит добавится хороший источник опорного напряжения...
когда пик пройден, срабатывает компаратор (он и транзистор Т3 входят с состав контроллера), контроллер измеряет напряжение на конденсаторе С1, сбрасывает его и выходит из подпрограммы обработки прерывания от компаратора (временной интервал Т0-Т1).
в основном цикле (временной интервал Т1-Т2, когда импульсов нет) контроллер измеряет напряжение на конденсаторе и постоянную составляющую входного сигнала, вычисляет напряжение на диоде D2 детектора и хранит (с усреднением за N периодов для устранения шума) значения постоянной составляющей и падения на диоде, которые использует при вычислении амплитуды импульса. падение напряжения на диоде и напряжение на конденсаторе измеряются таким образом тогда, когда ток через диод равен 0. дифференциальный режим не использую, т.к. вход в него у AVR очень длинный (125мкс плюс первое преобразование ложное).
при вычислении амплитуды импульса к значению, измеренному на конденсаторе, добавляется падение напряжения на диоде и вычитается постоянная составляющая - весь дрейф устраняется
если в основном цикле приходит прерывание от компаратора, а АЦП не завершил преобразование, то результат такого преобразования считается ложным
в диапазоне входных напряжений от 800мВ до 4,2В при использовании в качестве ИОН напряжения питания контроллера и 10-битном разрешении, точность оцифровки амплитуды импульсов должна получиться не хуже 0,2%... вроде бы

Интересно узнать про сцинтилятор, тип фэу, коэфф. усиления фэу - если конечно не секрет. Фэу возможно надо термостатировать, сцинтилятор - в зависимости от типа, напряжение питания фэу стабилизировать. У меня без термостатирования получилось разрешение 2.5% на 1Мэв, плюс плавает от температуры. Но пока всё на полке валяется - руки не доходят.

ФЭУ-85, СДН17.30.70, напряжение питания ФЭУ стабилизировано

в паспорте есть только энергетический эквивалент собственных шумов - не более 3кэВ

Сообщение отредактировал stells - Mar 15 2010, 15:13

А сцинтилятор какой? - у меня фэу-184 , LaBr:Ce 30mm , напряжение 800в от emco , усилитель на операционнике.

сцинтиллятор СДН17.30.70, на основе активированного натрия йодистого, р-р 30*70мм. напряжение питания ФЭУ регулируется и стабилизируется, плато обычно находится в районе 750В

Вот единственно смущает , что Вы хотите от 20кэв амплитуды мерить - тут как раз начнутся фокусы с диодом, но если этого не предвидется , то вполне пригодно. По усилителю, смущает 10ком по входу, я бы уменьшил до 1ком.
При больших амплитудах будет наблюдаться нелинейность. По моему опыту, такая схема гораздо лучше работает с отрицательной полярностью , чем с положительной (что вроде бы и есть). И ещё несколько смущает резистор 51ом в эмитере - зачем он нужен?

да, согласен, при измерении импульсов малой амплитуды погрешность будет размером с лапоть, но хотя бы америций (60кэВ) хотелось бы детектировать

резистор с диодом на входе - защита усилителя от попадания на его вход высокого, на всякий случай, мало ли конденсат выпал и платку на цоколе ФЭУ шьет (платка с высоковольтным делителем). их сейчас нет. в принципе этот резистор на параметры усиления не влияет

да, полярность отрицательная

эта схемка досталась по наследству, если честно, то сам не очень понимаю необходимость в нем, решил, что возможно линеаризует характеристику за счет местной ОС

Тогда бы я предложил, мерить при помощи ацп только большие амплитуды, а амплитуды маленьких сигналов получать при помощи измерения длительности сигнала с компаратора, тем более, что разрешение в районе 60кэв будет плюс\минус лапоть. Попробуйте параллельно резистору обратной связи поставить конденсатор 5-10пф, а номинал резистора увеличить скажем до 100к-300к, задний фронт должен затянуться - если будет возбуд - нужно подобрать резисторы в коллекторе и эметере. Да , на выход усилителя нужно поставить операционник, скажем повторитель.