HAL Id: jpa-00212585
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Submitted on 1 Jan 1951
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Sélecteurs d’amplitude
R. Wahl
To cite this version:
67 A.
SÉLECTEURS
D’AMPLITUDE Par R. WAHL.Commissariat à
l’Énergie
atomique.
Laboratoires du Fort de
Châtillon,
Fontenay-aux-Roses
(Seine).
Sommaire. - Les sélecteurs
d’amplitude décrits permettent des mesures simultanées dans un, quatre
ou dix canaux adjacents suivant le type. Ils se composent de deux, cinq ou onze éléments de sélection, identiques et interchangeables.
Les performances de ces éléments permettent :
I° Un fonctionnement indépendant de la forme, de la durée (> 5.I0 8 s) et de l’écart (> I2 03BC s) de deux signaux consécutifs;
2° Un réglage souple et précis de la largeur des canaux (I à I0 V) et de la position des
seuils
(5 à I50 V).
Ces qualités permettent, en particulier, des utilisations nombreuses en physique nucléaire.
PHYSIQUE APPLIQUÉE. TOME
f 2,
OCTOBRE1951,
1.
Principe.
- Soit uneimpulsion
caractérisée par sonélongation
A variable en fonction dutemps.
Lesignal
ayant
autémps to
l’élongation
A o,
y revientaprès
avoirpassé
par
une valeur maximumAmax
(fig. 1).
-On
appelle
discriminafeurd’amplitude
unappareil
Fig.
1..
.qui
transmet touteimpulsion
dontl’amplitude
dépasse
une certaine valeurSi qui
détermine le« seuil » de
l’appareil.
Par contre, un sélecteur
d’amplitude,ne
transmetque les
impulsions
dontl’amplitude
Amax
estcomprise
entre deux limitesSi
etS2
définissant une « bande »Pour couvrir toutes les valeurs
possibles
deAmax,
on est amené à réaliser un sélecteur à n canaux
ayant
n bandesconsécutives, chacune
delargeur 0394S.
Dans laplupart
des cas on désireconnaître,
nonpas
l’amplitude
d’uneimpulsion particulière,
mais larépartition
de cesamplitudes
pour ungrand
nombrede
phénomènes.
On trace ainsi unhistogramme,
courbe donnant le nombre relatif des
amplitudes
comprises
dans une bande 4 S en fonction de laposition S1
de cette bande.Pendant tout le
temps
où uneimpulsion
passede la valeur
Si
à la valeurS2,
il n’est paspossible
de savoir si elle va ou nondépasser
S2.
Différentes méthodes ont étéproposées
pour lever cettediffi-culté ;
nous utilisons celle décritepar
G. Valladas(1)
sous le nom de « sélection différée ».Dès que
l’impulsion
dépasse
le seuilSi,
unsignal
est transmis à la sortie del’appareil
et unsystème
de
comptage
enregistre
uncoup.
Si cesignal dépasse
également S2,
cetteimpulsion
n’aurait pas dû êtreenregistrée;
pour compenser l’erreur ainsicommise,
un
système
de
blocage supprimera
uneimpulsion
ultérieured’amplitude
comprise
dans la bande 0394S. Ceprocédé
peut
donner lieu à une erreur d’uneunité sur le
comptage.
Cette erreurs,négligeable
dans la
plupart
des cas, est d’ailleurs évitée en rendant visible laposition
finale dusystème
deblocage.
.FONCTIONNEMENT GÉNÉRAL. - Un sélecteur
an
canaux, construit sur ceprincipe,
comprendra
donc n
+ 1
discriminateurs,
suivis de nsystèmes
de
blocage.
Fig. 2.
(1) VALLADAS G., J. Phys. Rad., ig5o, 11, p. soi
68 A
On limite
l’usage
del’appareil
à desimpulsions
positives.
A l’entrée de
chaque discriminateur,
onapplique
les
impulsions
avec unepolarisation
négative
dont la valeur croît dupremier
au(n
+
1 )ième
élément. Lediagramme
de lafigure
2représente
le kiémeélé-ment dont le fonctionnement est le suivant :
Io le kième discriminateur est déclenché par les
impulsions
d’amplitude
supérieure
àSk ;
20. la
basculepossède
deuxpositions
d’équilibre
stable que nous
appelons
« ouvert » 0 ou « fermé )) F.Le
changement
d’état est commandé par deux entréesindépendantes;
supposons initialement la bascule dansl’état
« fermé »; desimpulsions
déclenchantle kième
discriminateur,
amènent la bascule de l’état F à l’état 0. Uneimpulsion
ultérieure déclen-chant le(k
+
I )ième
discriminateur ramène labascule de l’état 0 à l’état F. La
position
de labascule commande l’ouverture ou la fermeture de
l’étage
desortie;
30
l’étage
desortie
reçoit
unsignal
si le discri-minateur estdéclenché;
il nel’amplifie
que si la bascule est’ dans l’état « ouvert ».Nous obtenons
ainsi
Je résultat cherché : unsignal
d’amplitude dépassant
Sk
déclenche tous les discriminateursjusqu’au
kième. Pourchaque
canal,
si la bascule est dans l’état « ouvert »,l’impulsion
est
transmise; si
la bascule est dans l’état « fermé »l’impulsion
n’est pastransmise,
mais
ramène la’ bascule dans laposition
«ouvert » ;
deplus, chaque
discriminateur déclenché envoie dans le canal
précé-dent un
signal
ramenant sa bascule à l’état « fermé ».Ainsi l’erreur faite dans le
( k -
1 )ième
canal,
si celui-ci acompté
un coup, seracorrigée
par le coupsuivant devant être
compté
dans la( k -
1)ième
bande.
Le fonctionnement ainsi décrit serait
impossible
si lessignaux,
fournis par lesdiscriminateurs,
étaient très courts. Eneffet,
si la bascule était ramenéeimmédiatement à l’état « ouvert » le
signal
qui
l’a ramenée serait lui-même
transmis..
Demême,
si la basculeétait
amenéetrop
vite dans l’étatfermé,
elleempêcherait
le passage d’unsignal
déclenchant
rapidement
deux
canauxconsécutifs;
il faut donc différer l’action du klène discrimina-teur sur la
(k - 1 )ième
bascule.2. Étage
discriminateur. - Pour définirun
seuild’amplitude,
on utilise unmontage
ayant
deuxétats
d’équilibre
stable. La variation continue d’une tensionpermet
de passer de l’un à l’autre de ces deux états. Lemontage
est connu sous le nom de« Schmitt
trigger
». La valeur de la tension de contrôlepour
laquelle
lemontage
change
d’état définit le seuil dudiscriminateur.
La
figure
3représente
le schéma dumontage
discriminateur. Les
lampes
V.
etV4
constituent le« Schmitt
trigger
»classique.
Les tensions sont tellesqu’au
repos lalampe
V4
débite et que lalampe V,
estbloquée.
Si une variation de la tensiongrille
de
Vs
débloque
cetube,
les deuxcouplages
entreV,
etV4
(couplage
plaque
grille
etcouplage
descathodes)
provoquent
uneamplification
cumulative de la variation initialejusqu’à
un nouvel étatd’équilibre
où le tubeVs
débite et le tubeV4
estbloqué.
Les améliorations suivantes ont été
apportées
au.
montage
décrit ci-dessus.’
a. Tube
Vl-
- Dans lecas où il est
indispensable
d’attaquer
ungrand
nombre de discriminateurs enparallèle,
il fautque la capacité
d’entrée soit faibleet que le déclenchement ne
réagisse
pas sur lesignal;
on
attaque
donc par unelampe
à cathode asservieVI.
b. Résistance R. - Si
l’amplitude
continue à croîtreaprès
le déclenchement dudiscriminateur,
.le tubeV,
commence à débiter ducourant-grille;
si le tubeVl
nepeut
fournir cecourant,
sa cathodesFig. 3.
ne
peut
plus
suivre les variations de sagrille,
il y adébit-grille
à l’entrée etperturbation
dusignal.
Nous intercalons la résistance Rqui
limite lecourant-grille
éventuel deV3.
Lacapacité - Cl
évite l’atté-nuation dusignal
due à R et y, pour les transitionsrapides.
L’atténuation se fait alorspratiquement
dans le
rapport
.deCl à y3
et seulement sur la crête dusignal qui
a été transmis en cepoint.
Elle revient à undéplacement
du seuilqui
doit êtrecompensé
lors de
l’ajustement
de celui-ci par lepotentio-mètre P.
c. Tube
V2.
- Pour desimpulsions
rapides
onobserve,
d’unepart
une variation du seuilet,
d’autrepart,
des déclenchements anormaux : lesignal
desortie,
sur laplaque
deV4,
peut
prendre
toutes lesvaleurs
possibles
auvoisinage
del’amplitude
déclen-chant normalement le discriminateur. Or. il estindispènsable
d’obtenir une différence nette entre lessignaux
déclenchantle,
discriminateur et ceuxd’amplitude
inférieure au seuil.On
ajoute
donc une réactionsupplémentaire
par- Dans ces
conditions,
on n’observeplus-
d’incer-titude auvoisinage
du déclenchement. D’autrepart,
la durée dusignal
de sortie a une valseurde 1 2 F s imposée
par lemontage
si lesignal
d’entrée estcourt;
cette durée détermine letemps
mort au discriminateur. Si lesignal
d’entrée estplus
long
que ce
temps
mort,
lesignal
de sortie estprolongé
tant que le_signal
d’entrée reste au-dessus du seuil. Laréaction
supplémentaire
a l’inconvénientd’envoyer
unsignal parasite
vers l’entréechaque
fois que le discriminateur déclenche. En
effet,
lesignal
de réactionqui
se trouve sur la cathode deVi passe
versl’entrée
par lacapacité parasite
y.On atténue cet effet par la résistance r et le
signal
résiduel
est ainsi detrop
faibleamplitude
et detrop
faible durée pour êtregênant.
Les
performances
du discriminateur sont lessuivantes :
-a. Forme. - Le
signal
de sortie a uneamplitude
standard et une durée minima de I 2 Fs si le
signal
à discriminer reste au moins
0,05 03BCs
au-dessus
duseuil du discriminateur.
, b. Seuil.
- Le seuil
peut
êtreajusté
de 3 à 5 V par_ lepotentiomètre
P.c.
Amplitude.
-L’amplitude
dusignal
peut
dépasser
le seuil de 120 V sansqu’il
y aitdébit-grille
à l’entrée.d. Stabilité du seuil. - En fonction des tensions de
chauffage.’ la
variation est de0,1 V
pour une variation secteur de 10 pour 100.En fonction de la dérive des
caractéristiques
destubes,
on n’observe pas de dérive de seuilsupérieure
à 0,1 V pour
24
h defonctionnement.
En
changeant
tous les tubes dumontage,
la varia-tion -maxima du seuil est deo, 5
V.Les alimentations haute tension
peuvent
êtrestabilisées
suffisamment pour ne pasapporter
devacation
notable du seuil en fonction de la tension secteur.Si l’on maintient la tension secteur
parfaitement
stable et
que
l’on cherche par unevariation
continuede la - tension d’entrée le
point
de basculement du discriminateur on trouve que le seuil est définià mieux que 0,02 V
près.
e. Construction. en .série. - Grâce aux
performances
ci-dessus il estpossible
de réaliser en série desdis-criminateurs de ce
type
ne nécessitant aucunréglage
après
construction,
ni aucune sélection des tubes.Seules les résistances
Ri, R2,
R3
doivent avoir uneprécision
de 0,1 pour 100.3. Bascule. - La bascule utilisée est un
montage
connu (fig.
4)
àcouplage
par les suppressors.L’attaque
par lesgrilles
al’avantage
d’unegrande
sensibilité
et,
d’autrepart,
de la restitution de niveau continu par la diode constituée parl’espace
grille
cathode des tubes.Nous
appelons
« ouverte )) laposition
de la basculecorrespondant
au débit du tube,V5
et « fermée »si le tube
Vg
débite.La remise à zéro amène la bascule dans la
position
Fig. 4.
-«
ouverte » ;
levoyant
àlampe
à néon est éteint dans cetteposition.
Le
temps de
basculement dusystème permet
unpouvoir
de résolutionglobal
de I2Fs.L’entrée 1 amène les
impulsions
du discriminateur du canal voisin. Cesignal
estpris
sur -laplaque
dela
lampe
V4
de’ cecanal;
il estpositif
et dérivépar C et
R;
c’est
le retournégatif
de cesignal qui
déclenche la bascule. Le basculement est donc différé d’au moins I2 03BCs parrapport
ausignal.
L’entrée 2 est alimentée par le discriminateur du
canal lui-même. Le
signal
estpris
sur laplaque
du tubeV,.
Le basculement dure g 03BCs alors que lesignal
dure6 fJ- s.
4.
Étage
de sortie. - Lemontage
estrepré-senté sur la
figure
5.Le tube
V8
a sa cathodepolarisée
par le diviseurFig. 5.
de tension
R,,
R2.
Lagrille
deVg
estcouplée
par le diviseurR,, R4
à laplaque
de la basculeVg.
Dans la
position
« fermée )) de labascule,
lagrille
de
V8
estpolarisée
trèsnégativement.
Aucunsignal
venant du
discriminateur
nepeut
débloquer
le70 A
Quand
la bascule est dans laposition
« ouverte »,elle tend à faire monter le
point
A à une valeur de tensionpositive;
mais le débit de la diodeV7
arrête,
Fig. 6.
la tension de ce
point
auvoisinage
de zéro. Lalampe V8
est encorebloquée,
mais unsignal
venantdu discriminateur
peut
êtreamplifié
et se retrouvealors sur la
plaque
de sortie.Les
signaux
de sortie ont une forme et uneampli-tude
uniques.
Comme pour lesétages
précédents
le fonctionnement est
indépendant
des alimenta-tions et descaractéristiques
des tubes.5.
Étude
oscillographique
dumontage
Pour l’étudeoscillographique
de fonctionnement dumontage
(fig.
z 5),
ondispose
deux éléments de sélec-tionqui
forment un sélecteur à uncanal;
onapplique
périodiquement
à l’entrée del’appareil
deuximpul-sions
positives, d’amplitude réglable,
déphasables
l’une parrapport
à l’autre(fig. 7 a).
Lafigure 7
b est lareproduction
del’oscillogramme pris
sur la cathode des tubesVi
etV2;
on voit l’instantt1
où débute. la réaction
après
le déclenchement dudiscriminateur;
lesfigures
9 c et 9 dreprésentent
lessignaux
sur lesplaques
deVs
etV4.
Les
oscillogrammes
sur lagrille
du tubeV8
montrent le fonctionnement du
système
deblocage :
:le
signal
venant du discriminateur se superpose ausignal
de labascule;
suivantl’amplitude
dessignaux
et suivant la
position
initiale de labascule,
on
peut
obtenir .les cas suivants
(fig.
7) :
1° état initial de la bascule « ouvert » : :
a.
impulsion d’amplitude comprise
dans labande
Fig. 7.
(fig. 7
e),
l’impulsion
seretrouve
sur laplaque
deVs
(fig. 7 f),
(fig. 7 g),
l’impulsion
se retrouve ensortie,
mais leretour du discriminateur du canal
supérieur
ramène la bascule dans l’état « fermé ».20 état initial de la bascule « fermé » :
a.
impulsion d’amplitude comprise
dans
la bande(fig.
7h),
la bascule est ramenée à l’état « ouvert »,mais il
n’y
a pas designal
sur laplaque
deV,;
b.impulsion d’amplitude
dépassant
la bande(fin. 7
i),
la
bascule tend à revenir à l’état « ouvert »,mais le
discriminateur
du canalsupérieur
envoieun
signal
qui
la ramène à l’état « fermé ».LIMITE DU POUVOIR DE RÉSOLUTION. - Si dans le dernier
cas-(fig. 7
i)
onrapproche
deuximpulsions.
consécutives,
lesoscillogrammes
prennent
succes-sivement les formesreprésentées
sur lesfigures 7 j
et 7 k;
ce fonctionnement anormal a pour seul effetde ramener
plus
vite labascule
à l’état « fermé ».Si l’on diminue encore l’écart des
signaux,
lediscri-minatèur ne déclenche
plus
en raison de sontemps
mort(courbe
enpointillé).
Le
pouvoir
de résolutionde l’ensemble de
l’appareil
est donc lepouvoir
de résolution du discriminateur(1203BCs).
6.
Alimentation
de sélecteur(fig.
8).
- LesFig. 8.
, alimentations
( +
25o V et - 150V)
sont stabiliséespar un
montage
classique triode-pentode.
La tensionFig.9.
négative
sert de tension de référence pour la stabi-lisation de la tensionpositive.
Les variations en fonction de la tensionsecteur
et enfonction
desdébits sont visibles sur les courbes de la
figure
9._ Les différents seuils sont fixés par une chaîne de
résistances à 0,1 pour 100
comprenant
deux boîtes à décadesR1
etR2
(fig. 10)
et n résistanceségales
r.72 A
La
largeur
de bande est choisie en fixant le courantdans la
chaîne,
donc la somme des résistancesFig. Il.
Fig. 12.
Ri
+
R2
+
nr et la hauteur dupremier
seuil,
enrépartissant
la résistanceRI
+
R2
entre les deuxboites à décades. Pour éviter deux manoeuvres à
chaque déplacement
de seuil oncouple
mécanique-ment les deux décadesRi
etR2..
La
protection
des boîtes à décades contre les fausses manoeuvres est assurée par undisjoncteur
série
(12 mA);
unvoyant indique
si ledisjoncteur
a fonctionné.Les tensions
+
25o V et - I5o Vsont
appliquées
par un
système
de relais différés par bilame(i mn).
Les
chauffages
des tubes de stabilisation sontportés
à despotentiels
différents des cathodes pour diminuer le ronflement.7.
Appareils
réalisés. - A. SÉLECTEURA UN CANAL
(fig.
II).
-Le sélecteur
comporte
deux tiroirs sélecteur(fig.
6a),
deux tiroirs décades et un tiroir numérateur montés dans un châssissupport.
Un deuxième châssis constitue l’alimentation décrite ci-dessus.
B. SÉLECTEUR A QUATRE CANAUX
(fig.
12).
-Le
sélecteur
est monté dans une armoirecomprenant
six châssis :
- une
alimentation pour les
décades;
-
une alimentation pour les
numérateurs;
-
une alimentation pour les sélecteurs
(identique
à celle du « un canal
») ;
-
un
support
decinq
tiroirs sélecteurs(modèle
a,fi9. 6);
.- un
support
decinq
tiroirs décades(le
5ecompte
le total des coupsdépassant
le dernierseuil);
- un
support
decinq
tiroirs numérateurs. Les interconnexions sont faites à l’arrière de l’armoire et l’ensemble est commandé par undis-joncteur général.
C. SÉLECTEUR A DIX CANAUX
(fig.
13).
- Construit dans ungrand
meublesupport,
il contientessen-tiellement : -
onze tiroirs sélecteurs
(modèle
b,
fig.
6);’
-
une alimentation pour les
sélecteurs;
, - dix échellescomposées
de
tiroirsstandards
(échelles
de 10
oude 16);
-
deux
échelles(de 100
ou
256),
l’une pour lecomptage total,
l’autre pour lecomptage
de cequi
dépasse
le dernierseuil;
-
une alimentation pour les
échelles;
- un
montage
d’entrée.La consommation de l’ensemble est de
I,7kW,
soit 7
A pour leschauffages
et 9 A pour les hautestensions.
L’appareil
comprend
230
lampes.
Les alimentations stabilisées débitent
respecti-vement ;
..sélecteur : 250
V, 55o mA;- 150 V, 100 mA;
échelles :
45o V,
100mA;
25o V,
y5omA; i5oV,
4o mA.
tensions du
sélecteur,
unmilliampèremètre
estFig. 13.
intercalé en série avec les boîtes à décades et
permet
la lecture directe de la
largeur
de la bande. Lamise
en marche est commandée par un
disjoncteur
général.
Une résistance variable de o à
0,7503A92
estinter-Fig. 14.
calée en série sur le secteur et
permet
un.ajuster-ment fin de la tension d’alimentation de ± 6 V dans le cas de mesures
longues’
etprécises.
74 A
8. Utilisation des
appareils.
---- RÉGLAGE DESSEUILS. - 10
on débranche les réactions entre les
canaux
consécutifs;
2° on met toutes les
polarisations
à la valeurzéro;
30 on
règle chaque
discriminateur enenvoyant
à l’entrée des
impulsions d’amplitude
réglable
connue avec
précision;
40
on branche les réactions et l’on choisit lespositions
convenables des boîtes à décades.CONTRÔLE. - 10 Un
générateur
donnant desimpulsions
de toutes lesamplitudes comprises
entre 5 et
4o V,
réparties
enamplitudes
suivant unecourbe
régulière
et connue, et defréquence
de récurrenceréglable,
a été réalisé : ilcomprend
uncompteur
G. M. et une source departicules. Chaque
impulsion
est mise enforme,
puis
moduléepar
unetension
en dent de scie à 5o p : s.L’amplitude
varie donc suivant l’instant où seproduit
l’impulsion
par
rapport
à la dent descie;
90 ôn vérifie si le
réglage
des seuils est correct encomparant
les mesures faites pardécalage
progres-sif des seuils delargeurs correspondant
à unelargeur
de bande.
Exemple
d’utilisation. -- Lafigue 14
reproduit
l’histogramme
obtenus avec une chambred’ionisa-tion à
grille
contenant une sourced’uranium,
suivie d’un
amplificateur proportionnel.
On voit sur cette courbe les raiescorrespondant
à troisisotopes
de l’uranium.Conclusion. - Le
principe
utilisé pour lacons-truction des sélecteurs
d’amplitude
apermis
,d’ob,tenir des
fréquences
decomptage
élevées. Eneffet,
lepouvoir
de résolution de 1 2 p s autorise descadences allant
jusqu’à
5oo ooo coups : mn endistri-bution
statistique
dans letemps.
,L’inconvénient résultant d’un
réglage indépendant
de’chaque
seuil a été renduacceptable
par unebonne stabilité de ces
réglages.
Enfin,
l’utilisation
et ledépannage
desappa-reillages
sont rendusaisés
parl’interchangeabilité
des éléments de sélection.
Nous tenons à remercier M. Valladas pour l’aide
qu’il
nous aapportée
dans cetravail,
M. Thénardpour sa collaboration
technique
et M.Viguié
àqui
était confiée la réalisationmécanique
desappareils.
Manuscrit reçu le 18 juin 1951.
PILE HAUTE TENSION DE FAIBLE VOLUME
Par P. BRISTEAU.
Commissariat à
l’Énergie
atomique.
Laboratoires du Fort de
Châtillon,
Fontenay-aux-Roses
(Seine).
Sommaire.- Dans cette Note on trouvera la description d’une pile haute tension du type Zamboni. Cette pile est destinée à alimenter certains appareils portatifs électroniques de faible consommation. La fabrication d’une telle pile et les principaux facteurs intervenant dans son fonctionnement sont indiqués.
Quelques applications réçemrnent réalisées sont citées à la fin de la Note.
LE JOURNAL DE PHYSIQUE ET LE RADIUM.
PHYSIQUE APPLIQUÉE. TOME
12,
OCTOBRE1951,
PAGE 74 A.Introduction. -- Il est
intéressant,
dans certainsdomaines de
l’électronique,
dedisposer
de sources H. T.de très faible débit et d’encombrement très réduit. On est
amené,
deplus
enplus,
à construire desappa-reils
portatifs,
autonomes,
légers
et peuencom-brants,
bien quepQssédant
souvent une structure interneassez
complexe.
Dans cesappareils
por-tatifs,
la sourced’énergie
estfréquemment
constituéepar des
piles.
Lespiles
de haute tension que l’on trouve dans le commerce sont trèsencom-brantes et il n’est pas
toujours
nécessaire dedis-poser des intensités
qu’elles
peuvent
fournir. Il ya
plus
d’unsiècle,
Zamboni[1]
a construit despiles
de faible
capacité
et de faibles dimensions. Unepile
de ce
type
est en fonctionnementdepuis
cetteépoque
au Laboratoire de Clarendon à Oxford[2].
Un certain nombre d’auteurs
[3, 4]
ontpoursuivi
J’étude de ce
type
depile.
Récemment,
des recherchesont été effectuées dans les laboratoires de
