Sélecteur d'amplitude pour impulsions, à durée d'analyse constante

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Sélecteur d’amplitude pour impulsions, à durée

d’analyse constante

Maurice Spighel, Louis Pénege

To cite this version:

19 A

SÉLECTEUR

D’AMPLITUDE POUR IMPULSIONS, A

DURÉE

D’ANALYSE CONSTANTE Par MAURICE SPIGHEL et LOUIS

_PÉNEGE,

Laboratoire de Synthèse Atomique, Ivry.

LE JOURNAL DE PHYSIQUE Et LE RADIUM

PHYSIQUE APPLIQUÉE

SUPPLÉMENT AU NO 3

TOME _18, MARS 1957, PAGE

Un sélecteur

_{d’amplitude}

_pour

_impulsions

du

type

à deux seuils

_présente

habituellement une

fluctuation de durée

_d’analyse

assez

_grande.

Cette

fluctuation est _{due pour} une forte

_part

à la varia-tion relative entre la hauteur des

_impulsions

et la hauteur du seuil du

_trigger

de déclenchement

_et,

pour une faible

_part,

à la variation des

_pentes

dV /dt

des différentes

_impulsions

_(1).

Ceux _que l’on trouve dans n’industrie ont une variation de

durée au moins

égale

à 5.10-7 sec. Cette

varia-tion ~t de durée

_d’analyse

est

_gênante,

notam-ment dans le cas où l’on veut mettre deux

impul-sions en coïncidence

_{après analyse}

de chacune

d’elles dans un sélecteur

_{d’amplitude :}

le

_temps

de résolution de

_{l’appareillage}

est _{alors limité par At.}

A.

_Principe

du

dispositif.

- On

peut

réduire d’un facteur

_important

cette variation de durée

d’analyse

en

ajoutant

au sélecteur

d’amplitude

une

troisième chaîne de

_blocage

et de définition dans le

_temps

_(fig.

_I).

Un

_trigger

de cette chaîne

_attaqué

en un

_point

TR

des

_{impulsions d’entrée,}

TR

étant

bien

_défini,

nous fournit une

_impulsion

III. Le

début de cette

_impulsion

est

_toujours

_{décalé par}

rapport

au début de

_{l’impulsion}

à

_analyser,

_quelque

soit la

_grandeur

de

_celle-ci,

d’un

_{temps tR}

à faibles fluctuations. Ces fluctuations restantes sont dues

aux différentes valeurs de des

impulsions

au

(1)

RETARD Du DÉCLENCHEMENT D’UN TRIGGER.-Expéri-mentalement en 1re _{approximation,} un _{trigger réglé} au

seuil _ho ne basculera _{qu’à partir} de _{l’instant td} ou une

impulsion obéissant à la loi _{V(t) - f (t)} aura satisfait à la

condition :

to étant l’instant où la hauteur de _{l’impulsion} atteint le seuil _{Vo, (td} -

to) est le retard au déclenchement.

Les _triggers d’entrée de notre sélecteur, de la chaîne 1 de déclenchement à seuil inférieur et de la chaîne II de _blocage à seuil supérieur ont une constante C voisine de 100 volt x

milli-microsecondes. A titre _d’exemple, si une _impulsion

rectangulaire a une hauteur _supérieure de 1 volt au seuil _Vo elle déclenchera le _trigger à _partir de 10-~ sec ; si l’impulsion

n’est supérieure que de 0,2 volts au seuil _Vo, le retard au

déclenchement sera de 5 X 10-’ sec. Pour une _impulsion à

temps de montée linéaire avec une pente égale à le retard au déclenchement sera _égal à _{(2 C} x

_{dt/d V)1/2 :}

ce

retard _dépend donc de la _pente des _impulsions dans ce cas.

Une _{impulsion rectangulaire ayant} une durée T devra

avoir au minimum une hauteur YT donnée _par la rela-tion : _VT =

CIT

+ Vo.

point

TR.

Le

_signal

à la sortie du sélecteur doit être défini dans le

_temps

_{par le début de}

l’iinpul-sion III. Les variations de durée

_d’analyse

"du sélecteur se réduisent alors aux faibles variations

introduites

_{par la}

troisième chaîne.

B. Choix de l’instant de référence dans

l’impul-sion à

analyser.

- Il est infructueux de

prendre

ce

point

TR

simplement

au début de

l’impulsion

en

calant le

_trigger

à un seuil très bas. Par

_exemple,

si nous

_analysons

entre 5 et 100 volts des

impul-sions à

_temps

de montée linéaire

_(cas

_théorique)

de

_2,5.10-7

sec et si le

_trigger

de la nouvelle chaîne

a un seuil fixe de

_{0,5 volts,}

les variations dans le

temps

du déclenchement de ce

_trigger

sont de .

2,5

X 10-7 X

_0,5/5

=

2,5

_X 10-8 _sec. Mais la

croissance d’une

_impulsion

_{réelle délivrée par} un

détecteur de

_particules,

_compteur

à scintillations

ou

_compteur

proportionnel,

n’est >sensiblement

linéaire _que de 10

_%

à 90

_%

de sa hauteur

maxi-mum :

_{d V/dt}

est nul à

_l’origine.

Les

_variations,

en

fait,

son

beaucoup plus grandes

_{que celles}

indiquées

plus

haut. On ne

_peut

d’autre

_part

_amplifier

avant le

_trigger

sensible car le bruit de fond le

déclen-cherait. On est donc amené : 1~ A

_prendre

comme

instant de référence

_TR

un instant différent du

début. 2° Pour conserver le

_principe

du

_trigger

très

sensible,

"à transformer la forme de

_{l’impulsion}

de

façon

qu’à

l’instant choisi ne soit pas nul.

Dans une installation à

_compteur

à scintillations

ou à

_compteur

_{proportionnel,}

les

_impulsions

ont

une _{forme bien définie par les} constantes de

_temps

20 A

électronique

ou

physique

de

l’installation,

si l’on

reste dans le domaine

_{proportionnel.}

On

_prend

un

instant de référence déterminé _par une fraction du

temps

de montée. Par

_exemple

_pour une

_impulsion

positive

de forme

_usuelle,

une seule différentiation

suffit à définir cet instant : c’est le début de la

partie négative (fig. II a),.

Pour une

_impulsion

de

FIG. lIa. 1.

_Impulsions

de forme habituelle. 2. _Après différentiation .

"

FIF. IIb. 1. _{Impulsions trapézoïdales.} 2. 1re différentiation.

La _{partie négative} de _{l’impulsion} différentiée est

supprimé par une diode. 1. 2 e difiérentiation.

forme

_{trapézoïdale}

comme nous en utilisons il faut

deux différentiations successives

_{( fig. II b) ;}

la pre-mière différentiation ramène

_{l’impulsion}

trapé-zoïdale à une

_impulsion

de forme habituelle. A la

suite de cette ou de ces

différentiations,

d

_{V jdt}

n’est

pas nul à l’instant De là vient la facilité de

déclencher un

trigger

à seuil

près

du zéro. Dans ce cas la relation

2,5

X

_10-’/k

X

_{0,5/5 = 2,5.10-s/A}

est bien

_{applicable :}

l~ est amené à la valeur dési-rable par

amplification

de

_{l’impulstion}

transformée

avant

_d’attaquer

le

_trigger.

C. Taux de

_répétition

admissible. - Ce

simple

procédé

a un défaut : il réduit le taux de

_répétition

admissible du sélecteur. Le

_trigger

de définition dans le

_temps

fonctionne et

_bloque

la marche du sélecteur pour toutes les

_impulsions

_supérieures

à

un seuil mais dont la hauteur est en dessous de la

bande à

_analyser.

Ces

_impulsions

_provenant

soit du bruit de fond

_{électronique}

soit du bruit de fond

physique

du

_{détecteur, peuvent}

être en nombre

beaucoup plus

grand

que celles que l’on

analyse.

La

_probabilité

est

_grande

_pour

_qu’une

telle

impul-sion se situe

_juste

avant ou

_{juste après}

une

impul-sion à

_analyser,

_perturbe

_l’analyse

de cette

impul-sion et réduise le taux de

_répétition

admissible du sélecteur.

Pour

_supprimer

ce

défaut,

le

_trigger

de définition

dans le

_temps

ne devra déclencher que si

_{l’impulsion}

a

_déjà

déclenché la chaîne I. On

_ajoute

_{pour cela} à

l’impulsion trapézoïdale

de 40 volts

_provenant

de la chaîne

_{1, l’impulsion}

d’entrée convenablement

retardée, différentiée,

amplifiée

puis changée

de

signe.

On relève alors le seuil du

_trigger

de défi-nition dans le

_temps

_juste

au-dessus de 40 volts. Ilne

_impulsion

de

_grandeur

_{convenable pour être}

analysée,

transformée dans une

_partie

de la chaîne III

_puis

_ajoutée

à

_{l’impulsion trapézoïdale}

de 40

_volts,

verra le

_trigger

de définition dans le

temps

avec un seuil effectif très voisin de

_zéro,

bien

qu’il

ait été relevé. La

_position

dans le

_temps

du

signal

délivré à la sortie de cette troisième chaîne

correspondra

donc à l’instant de référence choisi

_{T R}

dans

_{l’impulsion}

d’entrée du sélecteur. Les

impul-sions indésirables ne

_pourront

plus perturber

la

marche du sélecteur. La hauteur maximum des

impulsions

transformées dans la troisième chaîne devra évidemment être inférieure à 40

_volts,

_pour

ne

_pouvoir

déclencher seules le

_trigger

sans l’addi-’

tion.

D. Réduction encore

_{plus grande}

des variations

de durée

_d’analyse.

- Un

trigger

déclenchant avec un seluil même voisin de

_zéro,

_présente

une

fluc-tuation

_plus

_{importante qu’un trigger}

calé

_juste

au

_zéro,

si cela était

possible.

Dans la note 1 nous

monstrons

_{qu’un trigger}

même situé au zéro voit des

fluctuations dues aux différentes

_pentes

_{d v jdt}

des

impulsions :

ce sont les fluctuations du retard au

déclenchement d’un

_trigger.

On examine maintenant le cas d’un

_{trigger placé}

à un seuil -

Vo

légèrement

négatif

III) ;

td est l’instant où le

_trigger

déclenche. Les varia-tions de l’instant initial to où une

_{impulsion dépasse}

le seuil -

déclen-chements

_(td

-

to)

ne

s’ajoutent

_{pas, contrairement} au cas où le seuil est

_{positif :}

elles se

_compensent.

Un

_{trigger présente}

_pour un seuil faiblement

négatif

des variations de l’instant de

déclenchement td

_plus

petites

que pour un seuil nul ou

positif.

Le

_trigger

de définition dans le

_{temps peut}

être calé à un seuil nul ou même à un seuil

légèrement

négatif

par

rapport

à 40

_volts,

_{pour bénéficier de} l’effet de

_{compensation,}

si les deux conditions suivantes sont

_remplies

simultanément :

~)

Le retard amené _{par la troisième chaîne} est

suffisamment

_grand,

_{pour que le} moment

TR

se

situe

_toujours

sur la

_partie

_plate

de

_{l’impulsion}

trapézoïdale

venant de la chaîne 1 à seuil inférieur

(fig. I Va).

FIG. IVa.

1. Condition a _remplie, condition b non _{remplie :}

Le seuil ne _peut être inférieur à 40 volts. 2. Condition a non _{remplie :}

to ne se _{trouve pas toujours} sur la _partie droite.

IV6. - Condition rx et b

remplies :

Le seuil _peut être _{placé légèrement} en dessous de 40 volts et _{to, compte} tenu des _{fluctuations,} se trouve

toujours sur la _partie droite.

b)

Le retard est suffisamment

_petit,

_{pour que la}

somme du début des deux

_impulsions

à

_ajouter

avant l’instant choisi

TR

ait

_toujours

une

ampli-tude inférieure à la valeur du seuil du

_trigger

de définition dans le

_temps

_{(fig. I V b).}

E. Réalisation du sélecteur. - Ces différentes considérations nous ont conduit à réaliser le

sélec-teur

_{d’amplitude}

schématisé _{par la}

_figure

V avec

l’explication

dans la

_figure

VI des fonctions de ses

éléments. Il a la

propriété

d’avoir une durée

d’analyse

constante à 2.10-8 sec

_près,

avec un

seuil du

_trigger

de définition dans le

_temps

voisin de 40

_volts,

sans avoir le défaut de réduire le taux

de

_répétition

admissible des

_impulsions.

Fro. VI.

A. _{Signal à,} la sortie de la chaîne de déclenchement à seuil inférieur.

Signal à forte fluctuation.

B. _Signal à la sortie de la deuxième différentiation et ampli-fication. Le _point TR ne subit que de faibles fluctuations. C. _Signal à l’entrée du _trigger de définition dans le _temps.

Somme de A et de _B, conditions a et b _remplies. D. _Signal à la sortie du _trigger de définition dans le _temps,

si le seuil de ce _trigger est voisin de _{l’amplitude} V de

l’impulsion A.

Le _signal de sortie du sélecteur a une forme identique

et les mêmes fluctuations faibles soit : 2.10-8 secondes.

En calant le seuil du

_trigger

à une valeur

légè-rement inférieure à 40

_{volts, après}

avoir

_plus

minu-tieusement

_réglé

les différentes

_parties

du

_sélecteur,

la durée

_d’analyse

du sélecteur est constante

à 5.1.0-9 sec

_{près ;}

ceci est obtenu avec des

22 A

l’entrée. Le schéma

_partiel

du sélecteur est donné dans la

_figure

VII.

FIG. VII.

Réalisation de la _partie en _pointillé de la _figure V.

Pour une installation de

_physique

nucléaire à deux

_{photo-multiplicateurs}

en coïncidence

_rapide

avec sélection

_d’énergie

dans les deux _{canaux, la}

réalisation de tels sélecteurs

_permet,

_{pour des}

_temps

de résolution de l’ordre de 1 à 2.10-8 sec de

rem-placer

l’appareillage

de la

_figure

VIII A _par

l’appa-reillage

simplifié

de la

_figure

VIII B.

FIG. VIII. P. M. -

Photomultiplicateur.

A. R. -

Ampli rapide pour temps de montée 10-8 s.

A. P. -

Ampli proportionnel pour temps de montée

2, 5 .10-’ sec.

S. A. - Sélecteur

d’amplitude courant. S. A. F. - Sélecteur

d’amplitude à durée fixe _d’analyse. D. C. - Double coïncidence à ~l 0-8 _sec.

T. C. -

Triple coïncidence à 2@5.10-7 sec.

L’appareil

de G. S. Stanford et G. F.

_Pieper

_[1]

est une réalisation voisine.

Manuscrit reçu le 23 octobre 1956.

BIBLIOGRAPHIE ,