《核电子学与核仪器》课程设计报告
Title: The Improvement of Single-channel Analyzer
课程设计题目:改进型单道脉冲幅度分析器
学生姓名:XXX
专业:核工程与核技术
学号:09XXXXXX
指导老师:覃国秀
二零一二年六月
一、设计时间:
2012.06.12~2012.6.28
二、设计地点
核电子学实验室和东华理工大学南区寝室
三、设计任务
以课本《核电子学与核仪器》中的理论知识及实验为基础,到网上和图书馆查找与该设计课题相关资料,找到该课题的相应的电路原理图,并对电路图进行设计,学习Protel2004软件,用Protel2004软件进行电路设计并实现PCB板的封装,最终得到PCB板。
四、设计目的
通过使用Protel2004对电路进行设计,对《核电子学与核仪器》所学内容有更进一步的理解,加深印象,使所学知识得以巩固和提高。
全面掌握单道脉冲幅度分析器各个模块电路原理的设计,实现电路设计与PCB设计的技术环节,最终得到单道脉冲幅度分析器的PCB板,从而在该课程设计过程中学会提高分析问题解决问题的能力;培养我们的动手能力和遵守纪律的高尚情操还有对待工作严肃认真、一丝不苟、实事求是、不畏艰辛的优良作风,为今后从事技术工作奠定坚实的基础。
五、设计要求
1、掌握Protel2004的使用方法;
2、掌握所画电路的工作原理;
3、掌握Protel2004电原理路图的设计;
4、基本掌握使用Protel2004进行PCB设计。
六、设计的原理及方法
单道脉冲分析器是一种对核脉冲信号幅度信息甄别测量的装置,虽然现在一般多用多道脉冲幅度分析器测量能谱,但由于单道具有结构简单、价格便宜,还可
选择感兴趣的幅度范围或选取一定能量范围的信号作为测量对象等优点,所以它在核探测领域仍有用武之地。
单道脉冲幅度分析器(图1)包括两个甄别器,一个叫上甄别器,甄别阀用V
上表示;另一个叫下甄别器,甄别阀用V下表示;上、下甄别阀之差称为道宽,用ΔV表示,即:ΔV = V上– V下;除了两个甄别器外,还有一个反符合电路。
当信号V in<V下时分析器无脉冲输出,V in> V上时分析器无脉冲输出,V下<V in<V上分
析器有脉冲输出(如图2所示)。
图1 单道脉冲幅度分析器结构框图
图2 单道脉冲幅度分析器工作原理图
(一)参考电压运算电路
参考电压运算电路如图 3 所示。
由图可见, 它是由运放 (LF412)A1、A2
组成的加法器和减法器以及精密的参考电压源组成。
精密的参考电压源提供
稳定的参考电压并经过两路多圈电位器 RP1、RP2提供阈和道宽的参考电压,
再加到加法器和减法器的输入端, 在它们的输出端即可获得上、下甄别电路
的阈电压:
UH=1/2(UT+UW), UL=1/2(UT- UW)
可以看出, 道宽为 UW, 在调节道宽时, 上阈 UH和下阈 UL的变化大小相等、方向相反, 而保持道宽中心不变, 道中心为 UT/2。
图 3 参考电压运算电路
(二)上、下甄别器
如图4所示,该电路板的上、下甄别阈由两个相同的集成电路脉冲幅度分析器组成。
上、下阈电压由前面的参考电压运算器提供,分别加到脉冲幅度分析器的同相端。
当输入脉冲信号(由P7输入)幅度超过上或下甄别器的阈压时,该甄别器由高电平转为低电平。
图4 上、下甄别器电路原理图
(四)、反符合电路
反符合电路是由 D 触发器(74H74) 构成的双稳态电路、单稳态电路(74121) 及与门(74LS08) 组成,其电路如图5所示, 信号逻辑关系如图6所示。
其工作过程为:
(1)当V I < V L 时,L和H都是低电平,显然与门输出为零。
(2)当V L < V I < V H 时,H为低电平,H非为高电平,即双稳态清零端为高电平,V3 维持高电平不变,与门开放;而L的下降沿触发单稳输出正脉冲,经与门输出。
(3)当V I > V H 时,H、L都有正脉冲输出,如果直接将上、下甄别电路输入脉冲进行反符合处理,由于脉冲上升时间和下降时间存在,将会发生甄别错误。
此电路用非H的前沿将双稳态电路清零,保证在单稳态电路输出脉冲之前将与门关闭,而用单稳态电路输出正脉冲V I 的后沿将双稳态电路触发翻转,使V3 回到高电平状态,与门重新开放。
图5 反符合电路原理图图6 信号逻辑关系图
(五)电路原理图设计
图7 单道脉冲幅度分析器原理电路图
表1 元器件报表
七、设计步骤及对应成果
1、电路原理图的绘制
根据设计原理和电路原理图的设计步骤,使用Protel2004软件先绘制好设计原理图,如图7所示,经调试电路,再将最终生成的网络表导入到PCB板,
这将有利于PCB的设计,则生成网络表如图8所示。
图8 元器件网络表
2、PCB板的设计
PCB板设计是从电路原理图变成一个具体产品的必经之路。
通常,PCB板设计的步骤如下:(1)规划电路板;(2)设置参数;(3)装入网络表;(4)元器件的布局;(5)自动布线;(6)手动布线。
但在实际操作过程中装入元器件封装和网络表对PCB设计的是十分必要的。
PCB设计的第一步是要从单道脉冲幅度分析器的电路原理图文件中导入设计数据,即将原理图文件中的有关信息引入到PCB 文件中,以便指导系统进行PCB板的设计。
数据的具体步骤如下:
(1)在原理图编辑器中,选择菜单命令【Design】/【Update PCB 单道.PcbDoc】,系统将自动弹出如图9所示的元器件状态对话框。
图9 的元器件状态对话框
(2)在对话框中单击【使变化生效】按钮,观察状态栏中【检查】符号的
变化,如果所有的操作都有效,【检查】状态栏显示,说明网络表中没有错
误。
对于出错的操作,【检查】状态栏显示,说明对应的操作出现问题。
如检查没有错误后,并确保已经调入了所有需要用到的封装库,单击【执行变化】,执行导入操作。
对于成功的操作,会在状态栏【完成】下显示图10所示。
图 10 检查状态对话框
(3)最后单击【关闭】按钮,关闭对话框,所有的元器件将出现在PCB文件中,方便封装元器件的调用,如图11所示。
图 11自动生成封装元件对话框
然后放置元器件,布线,再进行调整和检查后进行布线,最终得到如图12所示的PCB板。
图12 单道脉冲幅度分析器的PCB板
单击【查看】中的【显示三维PCB板】即可看到如下图13、14和15所示的3D图形。
图13 PCB板3D正面图
图14 PCB板3D背面图
图15 PCB板3D侧面图
八、设计成果
根据此次课程设计的题目,结合我们平时在课程学习中所学到的的理论知识,通过在图书馆和网上所查找到的资料,我们设计出了课程设计的电路原理图,如图7所示。
在这次课程设计中,学会了对Protel2004软件的运行,也学会了使用Protel2004软件绘制出电路原理图,如图7所示。
绘制完成后,经过对电路的调试,再先后经过PCB图设计部分、电路自动布线部分,封装等,最终得到所需要的PCB图,同时对得到的PCB板进行三维效果图显现,其结果分别如图12,13,14,15所示。
九、设计心得体会
在此次课程设计中,我遇到了很多困难,比如时间紧,任务重。
但我也发现了自己在平时学习中的存在的诸多问题,比如对课本知识的理解和掌握不深,对基本原理一知半解的,缺乏自己解决实际问题的能力和经念,以及对模拟软件的运行能力有待提高。