Ein einfaches oszillographisches verfahren zum abgleich von nulldurchgangstriggern

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A N D M E T H O D S 45

(I966) 3 5 1 - 3 5 2 ; © N O R T H - H O L L A N D P U B L I S H I N G

CO.

EIN EINFACHES OSZILLOGRAPHISCHES VERFAHREN ZUM ABGLEICH VON NULLDURCHGANGSTRIGGERN R. L A N G K A U

I. Institut fiir Experimentalphysik, Hamburg Eingegangen am 15. August 1966

Die Ausgangsimpulse yon Linearverstfirkern mit doppelter Impulsformung durch Kabel (DDL-Verst~irker) weisen einen Nulldurchgang auf, dessen zeitliche Lage bei konstanter Impulsform unabhfingig von der Amplitude ist und der somit eine geeignete Marke fiir kernphysikalische Zeitmessungen darstellt (Fig. 1). Zur Feststellung des Nulldurchgangs gibt es verschiedene Verfahren. Hfiufige Verwendung finden Schmitt-Trigger mit einstellbarer Hysteresis. W~ihltman die Hysteresis so grof3 wie die Ansprechschwelle, dann erfolgt das Riickschalten des Triggers stets beim Nulldurchgang. Aus der Riickflanke des Trigger-ausgangsimpulses kann dann z.B. durch Differentiation des Impulsverlaufes ein Zeitsignal abgeleitet werden. Die optimale Ausnutzung der mit der Nulldurchgangsmethode erreichbaren Zeitaufl~sung erfordert einen sorgf~ltigen Abgleich des Nulldurchgangstriggers. Eine Apparatur zur Einstellung und Priifung von Koinzidenzanordnungen mit Nulldurchgangstriggern ist von Seyfried et al. 1) beschrieben worden. Im folgenden wird ein einfaches osziUographisches Abgleichverfahren behandelt. Die Meflanordnung ist in Fig. 2 dargestellt. Der Oszillograph-im vorliegenden Fall ein TektronixOszillograph Type 533A mit einem Differenzverstfirkereinschub Type G - dient dabei gleichzeitig als Generator zur Erzeugung der Testimpulse und als Zeit-Impulsh6hen-Konverter zur quantitativen Messung des Triggerzeitpunktes.

Fig. 1. Ausgangsimpulse des DDL-Verst~rkers.

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Uo(t)

Fig. 2. Mel3anordnung.

Um eine geeignete Testimpulsform zu erhalten, werden die an der Buchse " + GATE OUT" bei der Einstellung "TRIGGERING MODE-AUTO." mit einer Frequenz von 50 Hz auftretenden Rechteckimpulse, deren Lfinge gleich der des S~igezahns fiir die Horizontalablenkung ist, zunfichst mit einer Zeitkonstante R I C1 differenziert. Anschliel3end wird der positive Anteil tiber eine Diode mit der Zeitkonstante R2C2 integriert. Durch geeignete Wahl von R1C ~ und R2C2 lassen sich Anstiegs- und Abfallzeiten des resultierenden Impulses den gestellten Anforderungen anpassen. Der Kathodenwiderstand des anschliel3enden Kathodenfolgers ist als Spannungsteiler ausgelegt. Mit dem Potentiometer l~il3t sich die Impulsamplitude variieren. Der Spannungsteiler mul3 so dimensioniert sein, dab eine Verformung der Impulse durch die Abschwfichung und eine dadurch bedingte Verschiebung des Nulldurchgangs am Ausgang des DDL-Verstfirkers vernachl~issigbar klein bleiben. Die so gewonnenen Impulse Ue(t) dienen als Eingangssignale fiir die zu priifende Kombination aus DDL-Verst~irker (Hamner NA-12) und Nulldurchgangstrigger (Hamner NC-14). Fig. I zeigt die Ausgangsimpulse des Verstfirkers fiir verschiedene Stellungen des Abschw~ichers. Die (positiven) Ausgangsimpulse des Nulldurchgangstriggers gelangen dann auf den Eingang A des Oszillographen. Am Eingang B 1.iegt die an der Buchse "SAWTOOTH OUT" verfiJgbare Sfigezahnspannung der Zeitablenkung, de-

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R. LANGKAU

ren Anfang zeitlich mit dem der Eingangsimpulse Ue(t) zusammenf~llt. Auf dem Oszillographenschirm und an der Buchse "VERT.SIG.OUT" erscheint dann das in Fig. 3 dargestellte Differenzsignal. Dabei sind die Empfindlichkeiten k Aund k Bin den beiden Eingangskan/ilen A und B so eingestellt, dab das Signal wS.hrend der Dauer des rechteckigen Triggerausgangsimpulses innerhalb der L/inge der Sfigezahnspannung stets oberhalb der Nullinie verl/iuft. Die H6he dieses positiven Signalanteils ist dann:

tlmax -e

r

U~ "× = kAUT-- kBUs(T) = kAUx-- kBCT = a -- bT.

Darin bedeuten Uv die H6he des Triggerausgangsimpulses, Us(t) = ct den Verlauf der Sfigezahnspannung, t die gegen den Beginn von Us gemessene Zeit und T den Zeitpunkt, zu dem der Impuls am Ausgang des Nulldurchgangstriggers erscheint, a = kA U T, b = kBc und e sind Konstanten. Durch eine Diodenkombination (Fig. 2) wird dieser positive Signalanteil vom Gesamtsignal abgetrennt u n d - a u s praktischen G r i i n d e n - m i t Hilfe eines RCGliedes verl~ingert. Die Amplitude Uamax des so erhaltenen Ausgangsimpulses U~(t) ist also eine lineare Funktion der Triggerzeit 7". Schwankungen A T der Triggerzeit erscheinen als proportionale Schwankungen A Umax der Ausgangsamplitude. Die interessierende Abhfingigkeit der Triggerzeit T yon der Amplitude Umax der Eingangsimpulse Ue(t) lfiBt sich mit der oben beschriebenen Anordnung auf verschiedene Weise quantitativ erfassen, z.B. indem man bei langsamer, zeitlinearer Variation von Uma~ (motorgetriebener Abschwficher) die Verteilung der Amplituden Umax mit einem Vielkanalimpulsh6henanalysator registriert. Ein besonders tibersichtliches Verfahren ist die Auf-

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Fig. 4. Triggerzeit T als Funktion der Eingangsamplitude ge max'. zeichnung des Verlaufs T = f ( U maX) mit einem X - Y Speicheroszillographen. Dazu werden die Impulse Ue(t ) bzw. Ua(t) and die X- bzw. Y-Eing/inge des Oszillographen gelegt und der Triggerausgangsimpuls-gegebenenfalls nach entsprechender F o r m u n g - z u r Helltastung des Kathodenstrahls benutzt. Da die Lfingen der beiden Eingangsimpulse grol3 gegen die Helltastzeit sind, erscheint auf dem Schirm ein Leuchtpunkt. Sein Koordinaten ( X , F ) s i n d proportional zu (Um"X,Uam"X). Bei Variation der Eingangsamplitude Um"x folgt der Punkt der Funktion Umax= F ( U g ~) b z w . - n a c h entsprechender E i c h u n g - T = f ( u m a x ) . Fig. 4 zeigt die auf diese Weise mit Hilfe eines Tektronix-Speicheroszillographen Type 564 erhaltenen Ergebnisse. Die unregelm/iBige Spurdicke ist dadurch bedingt, dab bei Bet~itigung des Abschwfichers von Hand keine gleichmfigige Schreibgeschwindigkeit erreicht werden kann. Die drei aufgezeichneten Spuren geh6ren zu verschiedenen Einstellungen der Nulldurchgangstriggerschwelle. Bei der oberen Spur f~illt die Triggerzeit T mit abnehmender Eingangsamplitude Umax. Die Schwelle liegt in diesem Falle also oberhalb des Nulldurchgangs (Fig. 1). Bei der unteren Spur steigt T mit abnehmendem Umax. Die Schwelle liegt hier unterhalb des Nulldurchgangs. Bei optimalem Abgleich erh/ilt man die mittlere Spur. T ist innerhalb der MeBgenauigkeit praktisch unabhfingig von Um"x. Die Schwelle liegt im Nulldurchgang. Die hier benutzte Anordnung 15,Bt sich selbstverst~indlich auch zur Untersuchung der Triggerverz6gerung fiir beliebige andere Triggerschaltungen (Diskriminatoren, EinkanNe u.s.w.) verwenden.

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!ii!i!¸I! !!~ii:~!~i!iii!!il ~¸ i i~¸¸~ ~ ii ~! ~i! i! ill i:~il¸~i ili Fig. 3. Differenzsignal.

Literatur

1) p. Seyfried und S. Deike, Nucl. Instr. and Meth. 39 (1966) 313.