[科普中国]-脉冲幅度甄别器

定义

脉冲幅度甄别器是将输入模拟脉冲转换成数字逻辑脉冲输出的一种电路，其广泛用于剔除噪声的干扰、进行幅度选择、脉冲幅度精密测量、能谱测量（单道分析器）、定时（前沿定时）等方面。1

甄别器电路种类很多，常用的甄别器电路有二极管甄别器、射极耦合触发器、隧道二极管甄别器和集成电压比较器等。1

工作原理

图1(a)为甄别器符号表示，Vi为输入信号；Vo为输出信号。
图1(b)和图1(c）分别为输入和输出信号波形。脉冲信号①③的幅度低于VT，甄别器没有输出;脉冲信号信号②④的幅度高于VT，二者均在电路设定的电平之上,则甄别器在输出端产生幅度为Eo，宽度为T的信号输出。
VT为甄别器的甄别阈。

要求一般要求(1)输入灵敏度:几十毫伏左右;
(2)甄别阈范围:阈值动范围大(10mV-10V);
(3)甄别阈阈值稳定性:长时间(8h)内0.1-2mV/OC;
(4)甄别阈阈值线性:1%~0.1%;
(5)甄别阈阈值涨落:范围小,零点几毫伏到几毫伏;
(6)甄别阈响应速度要快:可用于定时（ns量级),死时间小。可适应高计数率工作;
(7)输出信号的幅度和宽度恒定:与输入信号等因素无关，适合后续测量设备如定标器，计数率计的需要。2

核测量中对脉冲幅度甄别器的要求①甄别器的阈电压应能调节，便于根据工作的需要甄别幅度不同的脉冲；
②甄别器的灵敏度应高一些;
③甄别阈的稳定性良好;
④甄别阈的线性应良好;

⑤不同计数率时甄别阈的影响也应注意3。

阈值与道宽的调节方法微分甄别器作为单道分析器应用时，在调节阈值时要求保持道宽不变，用来测量幅度谱（即幅度概率密度分布曲线）。用分别调节上、下甄别器的阈值方法不仅不方便，而且很容易使道宽不均匀，造成幅度谱畸变。阈值和道宽分别调节有二种方法：对称调节和非对称调节。

部分甄别器介绍隧道二极管隧道二极管是基于重掺杂PN结隧道效应而制成的半导体两端器件。
隧道效应是1958年日本江崎玲於奈在研究重掺杂锗PN结时发现的，故隧道二极管又称江崎二极管。
这一发现揭示了固体中电子隧道效应的物理原理，江崎为此而获得诺贝尔物理学奖。
隧道二极管通常是在重掺杂N型（或P型）的半导体片上用快速合金工艺形成高掺杂的PN结而制成的；其掺杂浓度必须使PN结能带图中费米能级进入N型区的导带和P型区的价带；PN结的厚度还必须足够薄（150埃左右），使电子能够直接从N型层穿透pn结势垒进入P型层。这样的结又称隧道结。

隧道二极管伏安特性曲线

隧道二极管的主要特点是它的正向电流－电压特性具有负阻(见图)。这种负阻是基于电子的量子力学隧道效应，所以隧道二极管开关速度达皮秒量级,工作频率高达100吉赫。隧道二极管还具有小功耗和低噪声等特点。隧道二极管可用于微波混频、检波（这时应适当减轻掺杂，制成反向二极管），低噪声放大、振荡等。由于功耗小，所以适用于卫星微波设备。还可用于超高速开关逻辑电路、触发器和存储电路等。

条件：（1）费米能级位于导带或价带的内部；
（2）空间电荷层的宽度很窄，因而有高的隧道穿透几率；
（3）在相同的能量水平上在一侧的能带中有电子而在另一侧的能带中有空的状态。
当结的两边均为重掺杂，从而成为简并半导体时，（1）、（2）条件满足。外加偏压可使条件（3）满足。

甄别器框图