Lehrbuch Der Nuklearelektronik

ISBN-13: 9783709151105 / Niemiecki / Miękka / 2012 / 508 str.

Peter Weinzierl; Manfred Drosg

Opis

In fast allen Wissenschaftsgebieten nehmen heute elektronische MeB methoden einen hervorragenden Platz ein. Besonders gilt dies fur die Kern physik bzw. Kerntechnik, in der oft hOchste Anspruche an die MeBgerate gestellt werden. Urn aber fur eine gestellte meBtechnische Aufgabe die elek tronischen Anforderungen richtig abzuschatzen bzw. die Moglichkeiten einer vorgegebenen Apparatur zu erkennen, muB der experimentelle Wissen schaftler bereits uber eine beachtliche Kenntnis der Elektronik verfugen. Auch die Fahigkeit, bei einer MiBfunktion eines elektronischen Gerates den Fehler erkennen, lokalisieren und beheben zu konnen, ist in der Praxis einer effektiven Forschungsarbeit von groBter Wichtigkeit. SchlieBlich erfordert die Kombination verschiedener MeBeinheiten, die oft von verschiedenen Herstellern stammen, ein genaues Verstandnis der Anpassungsbedingungen; die Befahigung, wo notig, einfache Ubergangseinheiten selbst herstellen zu konnen, erspart viel Zeit und Geldmittel. Der zunehmende Einsatz integrierter Bauelemente in den letzten Jahren ermoglicht es einerseits, komplexe elektronische Anlagen in sehr kompakter Bauweise zu konstruieren, kommt aber andererseits auch der elektronischen Betatigung der Wissenschaftler entgegen, deren Ziel nicht die Entwicklung elektronischer Apparaturen ist, sondern fur die diese nur unentbehrliche Hilfsgerate darstellen. Denn bei Verwendung dieser integrierten Elemente erfolgt die Dimensionierung fast zur Ganze durch den Hersteller, der bereits funktionsfahige Baueinheiten zur Verfugung stellt. Es genugt dann, uber die allgemein giiltigen elektronischen Grundlagen Bescheid zu wissen, urn in Verbindung mit den technischen Daten der verwendeten Elemente zu einem Verstandnis der vorliegenden Schaltungen zu kommen.

Spis treści

1. Meßtechnische Problemstellung.- 1.1. Strahlungsdetektoren als Quellen der Information.- 1.2. Impulszählung.- 1.2.1. Statistik der Impulshäufigkeit.- 1.2.2. Intervallverteilung zwischen statistischen Impulsen.- 1.2.3. Zählverluste.- 1.3. Messung von Impulsgrößenverteilungen.- 1.3.1. Statistik der Impulsgrößenverteilung.- 1.3.1.1. Szintillationsdetektoren.- 1.3.1.2. Ionisationsdetektoren.- 1.3.2. Impulshöhenspektrometer.- 1.3.2.1. Gegenüberstellung von integraler und differentieller Impulshöhenanalyse.- 1.3.2.2. Vielkanal-Impulshöhenanalyse.- 1.4. Korrelationsmessungen.- 1.4.1. Koinzidenzmessungen.- 1.4.2. Messungen von Zeitspektren.- 1.4.2.1. Einkanal-Zeitintervallmessungen.- 1.4.2.2. Vielkanal-Zeitintervallmessungen.- 1.4.3. Grenzen der elektronischen Kurzzeitmessung.- 1.4.3.1. Elektronische Beiträge.- 1.4.3.2. Jitter.- 1.4.3.3. Lebensdauermessungen.- 1.5. Teilchenidentifizierung.- 1.5.1. Impulsformdiskrimination.- 1.5.2. Messungen mit einem dE/dx-Ttetektor.- 1.6. Literatur.- 2. Grundlagen der Impulstechnik.- 2.1. Elementare Netzwerkanalyse.- 2.1.1. Allgemeine Grundlagen.- 2.1.2. Elektronische Systeme mit zwei Anschlüssen.- 2.1.2.1. Einfache, idealisierte Zweipole.- 2.1.3. Elektrodynamische Grundgesetze.- 2.1.3.1. Stationäre Probleme.- 2.1.3.2. Quasistationäre Probleme.- 2.1.4. Linearisierung von Netzwerken.- 2.1.4.1. Kennlinien.- 2.1.4.2. Arbeitspunkt und Arbeitsgerade.- 2.1.4.3. Generatoren.- 2.1.4.4. Theorem von Th6venin.- 2.1.4.5. Theorem von Norton.- 2.1.5. Verhalten von Vierpolen.- 2.1.5.1. Aktive Vierpole.- 2.1.5.2. Passive Vierpole.- 2.2. Transformationsmethoden der Netzwerkanalyse.- 2.2.1. Fourier-Transformation.- 2.2.2. Laplace-Transformation.- 2.3. Übertragungseigenschaften passiver Vierpole.- 2.3.1. Einfache iZOL-Kombinationen.- 2.3.1.1. Attenuatoren.- 2.3.1.2. Das differenzierende RC-Glied.- 2.3.1.3. Das integrierende RC-Glied.- 2.3.1.4. Die Shunt-Kompensation.- 2.3.1.5. Impulsformung durch RC-Glieder.- 2.3.2. Iterative Filterketten.- 2.3.2.1. Laufzeitketten.- 2.3.2.2. Attenuationsketten.- 2.3.3. Übertragungsleitungen.- 2.3.3.1. Impulskabel.- 2.3.3.2. Verzögerungskabel.- 2.3.3.3. Impulsformung durch Kabel.- 2.4. Literatur.- 3. Diskrete aktive Halbleiterelemente.- 3.1. Der Transistor.- 3.1.1. Niederfrequenzverhalten.- 3.1.2. Hochfrequenz verhalten.- 3.2. Der Feldeffekttransistor.- 3.2.1. Der Sperrschicht-FET.- 3.2.2. DerMOS-FET.- 3.3. Die Tunneldiode.- 3.4. Literatur.- 4. Analoge Schalteinheiten.- 4.1. Verstärker.- 4.1.1. Einteilung der Verstärker.- 4.1.1.1. Einteilung nach der Steuergröße.- 4.1.1.2. Einteilung nach dem Frequenzverhalten.- 4.1.1.3. Einteilung nach dem Arbeitspunkt.- 4.1.1.4. Verstärkergrundschaltungen.- 4.1.1.5. Zweistufige Transistorschaltungen.- 4.1.1.6. Differenz Verstärker.- 4.1.2. Rückkopplung.- 4.1.2.1. Gegenkopplung.- 4.1.2.2. Mitkopplung.- 4.1.2.3. Impedanzen in rückgekoppelten Verstärkern.- 4.1.2.4. Frequenzabhängige Rückkopplung.- 4.1.2.5. Übergangsverhalten eines gegengekoppelten Verstärkers.- 4.1.3. Operative Verstärker.- 4.1.3.1. Ideale operative Verstärker.- 4.1.3.2. Reale operative Verstärker.- 4.1.3.3. Gegengekoppelte operative Verstärker.- 4.1.3.4. Proportionale Operationsverstärker.- 4.1.3.5. Nichtlineare Operationsverstärker.- 4.1.3.6. Frequenzabhängige Operationsverstärker.- 4.1.3.7. Dynamische Impedanzen.- 4.1.4. Gegengekoppelte Transistorschaltungen.- 4.1.4.1. Einfache Gegenkopplungsanordnungen.- 4.1.4.2. Parallel-Parallel-Gegenkopplung über mehrere Stufen.- 4.1.5. Störsignale in elektronischen Systemen.- 4.1.5.1. Vermeidbare Störungen.- 4.1.5.2. Unvermeidbare Störeinflüsse (Rauschen).- 4.1.5.3. Rauschabstand und Rauschzahl.- 4.1.5.4. Das Rauschen elektronischer Bauteile.- 4.1.5.5. Allgemeine Prinzipien zur Verminderung des Rauschens.- 4.1.5.6. Beeinträchtigung der Impulshöhenauflösung durch das Rauschen.- 4.1.6. Harmonische Oszillatoren.- 4.1.6.1. RC-Oszillatoren.- 4.1.6.2. LC-Oszillatoren.- 4.2. Nichtlineare Verstärker.- 4.2.1. Schwellenverstärker.- 4.2.2. Komparatoren.- 4.3. Stromgeneratoren.- 4.3.1. Der Transistor als Stromgenerator.- 4.3.2. Steuerung von Stromgeneratoren.- 4.4. Lineare Gatter.- 4.4.1. Seriengatter.- 4.4.1.1. Diodengatter.- 4.4.1.2. Transistorgatter.- 4.4.1.3. FET-Gatter.- 4.4.2. Parallelgatter.- 4.4.2.1. Parallelgatter mit Transistoren.- 4.5. Lineare Änderungen an Impulsen.- 4.5.1. Impulsverzögerung.- 4.5.2. Impulsverlängerung (Impulsdehnung).- 4.5.3. Impulskürzung.- 4.6. Die Impulslänge als analoge Größe.- 4.6.1. Signale mit zeitproportionalen Anteilen.- 4.6.1.1. Integration von Spannungsstufen.- 4.6.1.2. Integration von Stromstufen.- 4.6.2. Impulslängen-Impulshöhen-Wandlung.- 4.6.3. Impulslängenmodulation.- 4.7. Literatur.- 5. Digitale Schalteinheiten.- 5.1. Grundlagen der binären Logik.- 5.1.1. Einfache logische Operationen.- 5.1.2. Zusammengesetzte logische Operationen.- 5.1.3. Logische Operationen unter Verwendung von Speichern.- 5.1.3.1. Das bistabile Grundelement.- 5.1.3.2. Zähler aus bistabilen Elementen.- 5.1.3.3. Register.- 5.1.3.4. Binäres Gedächtnis.- 5.2. Der elektronische Schalter.- 5.2.1. Die Halbleiterdiode als Schalter.- 5.2.1.1. Das Übergangsverhalten einer Schaltdiode.- 5.2.2. Der Transistor als Schalter.- 5.2.3. Der FET als Schalter.- 5.2.4. Die Tunneldiode als Schalter.- 5.2.5. Schaltzustände bei ferromagnetischen Elementen.- 5.2.6. Supraleitende Schalter.- 5.3. Erzeugung logischer Niveaus.- 5.3.1. Passive Klippschaltungen.- 5.3.2. Klippschaltungen unter Verwendung aktiver Elemente.- 5.3.2.1. Klippen durch Übersteuerung von Transistoren.- 5.3.2.2. Strombegrenzende Schaltungen.- 5.3.2.3. Aussteuerungsbegrenzung durch Dioden.- 5.3.3. Die Umkehrstufe.- 5.3.3.1. NICHT-Schaltung mit einem Transistor.- 5.3.3.2. NICHT-Schaltung mit einer Tunneldiode.- 5.3.3.3. Signalumkehr mit einem Impulstransformator.- 5.4. Logische Gatter.- 5.4.1. Passive Gatter.- 5.4.2. Gatter unter Verwendung aktiver Dreipole.- 5.4.3. Tunneldioden-Gatter.- 5.4.4. Sonstige Gatter.- 5.5. Kippschaltungen.- 5.5.1. Aufbau der grundlegenden Kippschaltungen.- 5.5.1.1. Bistabile Kippschaltungen.- 5.5.1.2. Monostabile Kippschaltungen.- 5.5.1.3. Astabile Kippschaltungen.- 5.5.2. Binäre Speieherung.- 5.5.2.1. Speicherelemente.- 5.5.2.2. Register.- 5.5.2.3. Gedächtnis.- 5.5.3. Untersetzung und Zählung.- 5.5.3.1. Binäre Zähler.- 5.5.3.2. BCD-Zähler.- 5.5.3.3. Ringzähler.- 5.5.3.4. Dekodierung.- 5.5.4. Auslösekreise (Trigger).- 5.5.4.1. Der Schmitt-Trigger.- 5.5.4.2. Der Sperrschwinger-Diskriminator.- 5.5.4.3. Der Tunneldioden-Trigger.- 5.5.4.4. Allgemeine Eigenschaften von Triggern.- 5.5.4.5. Trigger als Zeitmarkengeber.- 5.6. Änderungen im zeitlichen Verhalten binärer Signale.- 5.6.1. Impulsverzögerung.- 5.6.2. Impulsverlängerung.- 5.6.3. Impulskürzung.- 5.7. Digital-Analog-Wandlung.- 5.7.1. Parallel-DAC.- 5.7.1.1. DAC mit Stromgeneratoren.- 5.7.1.2. DAC mit Referenzspannungen.- 5.7.2. Serien-DAC.- 5.7.2.1. Treppengeneratoren.- 5.7.2.2. Serien-DAC zur Mittelwertbildung.- 5.8. Analog-Digital-Wandlung.- 5.8.1. Digitale Darstellung von Impulslängen.- 5.8.1.1. Impulslängenmessung durch direkten Vergleich mit einem Oszillator.- 5.8.1.2. ADC mit Zeitintervall-Dehnung.- 5.8.2. Direkte Digitalisierung von Signalgrößen.- 5.8.2.1. Serien-ADC.- 5.8.2.2. Parallel-ADC.- 5.8.2.3. ADC nach der Methode der schrittweisen Näherung.- 5.9. Literatur.- 6. Geräte zur Verarbeitung von Detektorimpulsen.- 6.1. Impulsverstärkung.- 6.1.1. Vorverstärker.- 6.1.2. Hauptverstärker (Linearverstärker).- 6.2. Impulszählung.- 6.2.1. Zeitgeber.- 6.2.2. Impulszähler.- 6.2.3. Zählratenmesser.- 6.2.3.1. Digitale Zählratenmesser.- 6.2.3.2. Analoge Zählratenmesser.- 6.3. Einkanal-Impulshöhenmessung.- 6.3.1. Integraldiskriminator.- 6.3.2. Einkanal-Impulshöhenanalysator.- 6.4. Einkanal-Zeitintervallmessung.- 6.4.1. Geräte zur Erzeugung von Zeitmarken.- 6.4.2. Koinzidenzmeßgeräte.- 6.5. Vielkanalmessungen.- 6.5.1. Gedächtniseinheit.- 6.5.2. Flugzeitanalysator (Start-Stopp-Zeitmessung).- 6.5.3. Impulshöhenanalysator.- 6.5.4. Vielfachzähler (Multiscaler).- 6.6. Literatur.