核電子學(xué)課程設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、核電子學(xué)與核儀器課程設(shè)計(jì)報(bào)告Title: The Improvement of Single-channel Analyzer課程設(shè)計(jì)題目：改進(jìn)型單道脈沖幅度分析器 學(xué)生姓名：XXX 專 業(yè)：核工程與核技術(shù) 學(xué) 號(hào)：09XXXXXX 指導(dǎo)老師：覃國秀二零一二年六月一、 設(shè)計(jì)時(shí)間：2012.06.122012.6.28二、 設(shè)計(jì)地點(diǎn)核電子學(xué)實(shí)驗(yàn)室和東華理工大學(xué)南區(qū)寢室三、 設(shè)計(jì)任務(wù)以課本核電子學(xué)與核儀器中的理論知識(shí)及實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，到網(wǎng)上和圖書館查找與該設(shè)計(jì)課題相關(guān)資料，找到該課題的相應(yīng)的電路原理圖，并對(duì)電路圖進(jìn)行設(shè)計(jì)，學(xué)習(xí)Protel2004軟件，用Protel2004軟件進(jìn)行電路設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)PCB

2、板的封裝，最終得到PCB板。四、 設(shè)計(jì)目的通過使用Protel2004對(duì)電路進(jìn)行設(shè)計(jì)，對(duì)核電子學(xué)與核儀器所學(xué)內(nèi)容有更進(jìn)一步的理解，加深印象，使所學(xué)知識(shí)得以鞏固和提高。全面掌握單道脈沖幅度分析器各個(gè)模塊電路原理的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)電路設(shè)計(jì)與PCB設(shè)計(jì)的技術(shù)環(huán)節(jié)，最終得到單道脈沖幅度分析器的PCB板，從而在該課程設(shè)計(jì)過程中學(xué)會(huì)提高分析問題解決問題的能力；培養(yǎng)我們的動(dòng)手能力和遵守紀(jì)律的高尚情操還有對(duì)待工作嚴(yán)肅認(rèn)真、一絲不茍、實(shí)事求是、不畏艱辛的優(yōu)良作風(fēng)，為今后從事技術(shù)工作奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。五、設(shè)計(jì)要求1、掌握Protel2004的使用方法；2、掌握所畫電路的工作原理；3、掌握Protel2004電原理路圖的設(shè)

3、計(jì)；4、基本掌握使用Protel2004進(jìn)行PCB設(shè)計(jì)。六、設(shè)計(jì)的原理及方法單道脈沖分析器是一種對(duì)核脈沖信號(hào)幅度信息甄別測量的裝置，雖然現(xiàn)在一般多用多道脈沖幅度分析器測量能譜，但由于單道具有結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格便宜，還可選擇感興趣的幅度范圍或選取一定能量范圍的信號(hào)作為測量對(duì)象等優(yōu)點(diǎn)，所以它在核探測領(lǐng)域仍有用武之地。單道脈沖幅度分析器（圖1）包括兩個(gè)甄別器，一個(gè)叫上甄別器，甄別閥用V上表示；另一個(gè)叫下甄別器 ，甄別閥用V下表示；上、下甄別閥之差稱為道寬，用V表示，即：V = V上 V下 ；除了兩個(gè)甄別器外，還有一個(gè)反符合電路。當(dāng)信號(hào)Vin V上時(shí)分析器無脈沖輸出，V下VinV上分析器有脈沖輸出（如圖2

4、所示）。圖1 單道脈沖幅度分析器結(jié)構(gòu)框圖圖2 單道脈沖幅度分析器工作原理圖（一）參考電壓運(yùn)算電路參考電壓運(yùn)算電路如圖 3 所示。由圖可見, 它是由運(yùn)放 (LF412)A1、A2組成的加法器和減法器以及精密的參考電壓源組成。精密的參考電壓源提供穩(wěn)定的參考電壓并經(jīng)過兩路多圈電位器 RP1、RP2提供閾和道寬的參考電壓, 再加到加法器和減法器的輸入端, 在它們的輸出端即可獲得上、下甄別電路的閾電壓:UH=1/2(UT+UW), UL=1/2(UT- UW)可以看出, 道寬為 UW, 在調(diào)節(jié)道寬時(shí), 上閾 UH和下閾 UL的變化大小相等、方向相反, 而保持道寬中心不變, 道中心為 UT/2。圖 3 參

5、考電壓運(yùn)算電路（二）上、下甄別器如圖4所示，該電路板的上、下甄別閾由兩個(gè)相同的集成電路脈沖幅度分析器組成。上、下閾電壓由前面的參考電壓運(yùn)算器提供，分別加到脈沖幅度分析器的同相端。當(dāng)輸入脈沖信號(hào)（由P7輸入）幅度超過上或下甄別器的閾壓時(shí)，該甄別器由高電平轉(zhuǎn)為低電平。圖4 上、下甄別器電路原理圖（四）、反符合電路反符合電路是由 D 觸發(fā)器(74H74) 構(gòu)成的雙穩(wěn)態(tài)電路、單穩(wěn)態(tài)電路(74121) 及與門(74LS08) 組成，其電路如圖5所示, 信號(hào)邏輯關(guān)系如圖6所示。其工作過程為：（1） 當(dāng)VI VL 時(shí)，L和H都是低電平，顯然與門輸出為零。（2） 當(dāng)VL VI VH 時(shí)，H、L都有正脈沖輸出，

6、如果直接將上、下甄別電路輸入脈沖進(jìn)行反符合處理，由于脈沖上升時(shí)間和下降時(shí)間存在，將會(huì)發(fā)生甄別錯(cuò)誤。此電路用非H的前沿將雙穩(wěn)態(tài)電路清零，保證在單穩(wěn)態(tài)電路輸出脈沖之前將與門關(guān)閉，而用單穩(wěn)態(tài)電路輸出正脈沖VI 的后沿將雙穩(wěn)態(tài)電路觸發(fā)翻轉(zhuǎn)，使V3 回到高電平狀態(tài)，與門重新開放。圖5 反符合電路原理圖 圖6 信號(hào)邏輯關(guān)系圖（五）電路原理圖設(shè)計(jì)圖7 單道脈沖幅度分析器原理電路圖DescriptionDesignatorFootprintLibRefQuantityCapacitor1RAD-0.3Cap1Isolated Resistor Network - Parts2DIP-16Res Pack21I

7、solated Resistor Network - Parts3DIP-16Res Pack21Isolated Resistor Network - Parts4DIP-16Res Pack21Isolated Resistor Network - Parts5DIP-16Res Pack21Capacitor (Semiconductor SIM Model)6CC3216-1206Cap Semi1Square Trimming Potentiometer7POT4MM-2RPot SM1FET Operational Amplifier8CAN-8/D9.4Op Amp1FET Op

8、erational Amplifier9CAN-8/D9.4Op Amp1Isolated Resistor Network - Parts10DIP-16Res Pack21Zener Diode11DIODE-0.7D Zener1Capacitor12RAD-0.3Cap1FET Operational Amplifier13CAN-8/D9.4Op Amp1FET Operational Amplifier14CAN-8/D9.4Op Amp1Square Trimming Potentiometer15POT4MM-2RPot SM1Capacitor (Semiconductor

9、SIM Model)C1CC3216-1206Cap Semi1Polarized Capacitor (Axial)C2POLAR0.8Cap Pol21Capacitor (Semiconductor SIM Model)C3CC3216-1206Cap Semi1Isolated Resistor Network - PartsR1DIP-16Res Pack21Isolated Resistor Network - PartsR2DIP-16Res Pack21Isolated Resistor Network - PartsR3DIP-16Res Pack21Isolated Res

10、istor Network - PartsR4DIP-16Res Pack21Isolated Resistor Network - PartsR5DIP-16Res Pack21Square Trimming PotentiometerRW1POT4MM-2RPot SM1Square Trimming PotentiometerRW2POT4MM-2RPot SM1Dual Positive-Edge-Triggered D-Type Flip-Flop with Preset, Clear and Complementary OutputU1N14ADM7474N1Quadruple 2

11、-Input Positive-AND GateU2N014SN74LS08N1Hex InverterU3M14ADM74LS04M1TimerU4N08ELM555CN1SMB Straight ConnectorVIN1SMB_V-RJ45SMB1表1 元器件報(bào)表七、設(shè)計(jì)步驟及對(duì)應(yīng)成果1、電路原理圖的繪制根據(jù)設(shè)計(jì)原理和電路原理圖的設(shè)計(jì)步驟，使用Protel2004軟件先繪制好設(shè)計(jì)原理圖，如圖7所示，經(jīng)調(diào)試電路，再將最終生成的網(wǎng)絡(luò)表導(dǎo)入到PCB板，這將有利于PCB的設(shè)計(jì)，則生成網(wǎng)絡(luò)表如圖8所示。圖8 元器件網(wǎng)絡(luò)表2、PCB板的設(shè)計(jì)PCB板設(shè)計(jì)是從電路原理圖變成一個(gè)具體產(chǎn)品的必經(jīng)之路。通常，

12、PCB板設(shè)計(jì)的步驟如下：（1）規(guī)劃電路板；（2）設(shè)置參數(shù)；（3）裝入網(wǎng)絡(luò)表；（4）元器件的布局；（5）自動(dòng)布線；（6）手動(dòng)布線。但在實(shí)際操作過程中裝入元器件封裝和網(wǎng)絡(luò)表對(duì)PCB設(shè)計(jì)的是十分必要的。PCB設(shè)計(jì)的第一步是要從單道脈沖幅度分析器的電路原理圖文件中導(dǎo)入設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，即將原理圖文件中的有關(guān)信息引入到PCB文件中，以便指導(dǎo)系統(tǒng)進(jìn)行PCB板的設(shè)計(jì)。數(shù)據(jù)的具體步驟如下：（1）在原理圖編輯器中，選擇菜單命令【Design】/【Update PCB 單道.PcbDoc】，系統(tǒng)將自動(dòng)彈出如圖9所示的元器件狀態(tài)對(duì)話框。圖9 的元器件狀態(tài)對(duì)話框（2）在對(duì)話框中單擊【使變化生效】按鈕，觀察狀態(tài)欄中【檢查】符號(hào)

13、的變化，如果所有的操作都有效，【檢查】狀態(tài)欄顯示，說明網(wǎng)絡(luò)表中沒有錯(cuò)誤。對(duì)于出錯(cuò)的操作，【檢查】狀態(tài)欄顯示，說明對(duì)應(yīng)的操作出現(xiàn)問題。如檢查沒有錯(cuò)誤后，并確保已經(jīng)調(diào)入了所有需要用到的封裝庫，單擊【執(zhí)行變化】，執(zhí)行導(dǎo)入操作。對(duì)于成功的操作，會(huì)在狀態(tài)欄【完成】下顯示圖10所示。圖 10 檢查狀態(tài)對(duì)話框（3）最后單擊【關(guān)閉】按鈕，關(guān)閉對(duì)話框，所有的元器件將出現(xiàn)在PCB文件中，方便封裝元器件的調(diào)用，如圖11所示。圖 11自動(dòng)生成封裝元件對(duì)話框然后放置元器件，布線，再進(jìn)行調(diào)整和檢查后進(jìn)行布線，最終得到如圖12所示的PCB板。圖12 單道脈沖幅度分析器的PCB板單擊【查看】中的【顯示三維PCB板】即可看到如下圖13、14和15所示的3D圖形。圖13 PCB板3D正面圖圖14 PCB板3D背面圖圖15 PCB板3D側(cè)面圖八、設(shè)計(jì)成果根據(jù)此次課程設(shè)計(jì)的題目，結(jié)合我們平時(shí)在課程學(xué)習(xí)中所學(xué)到的的理論知識(shí)，通過在圖書館和網(wǎng)上所查找到的資料，我們?cè)O(shè)計(jì)出了課程設(shè)計(jì)的電路原理圖，如圖7所示。在這次課程設(shè)計(jì)中，學(xué)會(huì)了對(duì)Protel2004軟件的運(yùn)行，也學(xué)會(huì)了使用Protel2004軟件繪制出電路原理圖，如圖7所示。繪