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摘要：在核物理实验当中，对于时间测量的方法有很多种。而随着核电子学的发展我们能够运用的方法也会越来越多，对我们的测量结果的精准程度也会越来越高。时间-幅度变换器作为一种重要的测量方法，时间-幅度变换器的基本功能是将两个相关事件(即两个相关脉冲,一个起始脉冲,一个停止脉冲)之间的间间隔线性地变换成一定幅度的脉冲输出。运用时间与幅度在电路中正比的关系，在电路中实现时间到幅度的转变，因为时间-幅度变换器在飞行时间测量、粒子类别判断方面具有着重要的意义，所以本文在时间-幅度变换器原理的基础上，通过对多种时间-幅度变换器的解剖学习，从而设计一种高时间精度测量、低成本、易操作的仪器。
关键词：时间测量；时间-幅度转变；设计
从核电子学角度出发，基本的时间测量有两大方面。1是定时甄别2是时间变换。
定时甄别是处理具体事例发生时的所产生的精确的时间，常有三种方法。（1）前沿定时（2）恒比定时（3）过零定时。恒比定时和过零定时是为了减少时间-幅度游动所延伸出的方法，但是在电路中，可能会产生其他的误差。在现在的核物理实验测量中，大多运用前沿定时的方法，这种方法需要高速比较器，以一个预置的阈值为标准，信号出现为输出信号的前沿。并且利用同一信号的幅度测量向幅度-时间游动带来的定时误差进行校正，这已基本上成为一种标准方法。双阈技术经常被运用于实际过程中，将同一信号用高阈和低阈进行区别比较。如果两者的输出信号想符合即低阈高于高阈的信号，电路才能有输出信号。
4.一种简易的时幅变换器的设计方法与步骤
1.方案原理构想
起始脉冲的到来时电路使一个恒流源I和电容C构成一个回路，恒流源I开始对电容C进行充电，终止脉冲使回路断开，恒流源I停止对电容C充电。我们通过电容C上的电压来得到充电的时间长短，两者成正比关系。
V=It/C（因为I是稳定不变的）。[5]
最后电路具有复位线路，使电容C放电，让其的电压变为零，从而达到下次测量时间的作用。
2.确定原理方案
根据时幅变换器的工作原理，确定的方案为：起始脉冲的到来使起始双稳态发生翻转，使电路中开关从放电端口到达充电端口，此时恒流源I开始对电容C进行充电，当终止脉冲到来时同样使终止双稳态发生翻转，这时的电路就是从以前的充电起始端到达停止端，恒流源停止充电，而电容C的电压不在发生变化，电压通过一个缓冲的放大器再经过线性门输出，然后对输出电压结果的摘取，在终止脉冲经过停止双稳态的时候，也会触发延迟取样电路，这个电路的作用就是在取样完成之后，开关将会从停止端到达放电端，这时的电容C将会放电，电压变为零，系统复位。具体的延迟取样电路的作用是延迟一定的时间t1，t1时间后会输出一个取样的脉冲t2并且在同一时间t2输出一个变换输出，复位工作开始进行。当起始脉冲输入与终止脉冲之间的时间间隔过长的时候，电容C的输出电压通过缓冲放大器会直接到达超量程触发器，这时会直接触发复位开关，从而使电路开关直接到达放电端进行电路复位。如果在起始脉冲没有输入而只有终止脉冲的时候，电容C上是不会有电压储存，所以实验之后也不会有输出产生。不论是在正常工作或者不正常工作（上述的起始脉冲到终止脉冲之间时间过长）的情况下复位开关的作用是1、对电容C进行放电处理；2、将起始双稳态和终止双稳态进行复位。根据原理得到原理方框图2如下：
3.电路的结构形式的选择与设计
起始的输入信号在进入起始双稳态使其发生翻转之前要经过现付整形、起始门等，作用就是对起始的信号进行处理，为后续工作做准备。为接下来的电路提供一个标准的电位。
终止的输入信号在进入终止双稳态的时候，也要进行信号处理，其中包括限幅整形、标准化的高低电平，然后完成后续工作。
变换电路。时间幅度变换器的变换电路模块主要由起始双稳和起始电流开关、停止双稳和停止电流开关、变换箱位等单元电路以及变换电容等元件组成。变换电路的功能主要是按照系统规定的逻辑关系来实现具体的时间幅度变换，产生幅度大小与起始信号和停止信号时间间隔成正比的脉冲信号。并在完成一次时间变换或被测信号超过所选量程(即所谓的“超量程”)时，受到相应的复位信号控制以使起始双稳和停止双稳复位，则系统恢复静态工作状态，以备下一次的“动态”工作。
电流开关，控制恒流源的开与闭，做到当与电容接通时，保持一个“打开”的状态，对电容进行充电，当与电容断开，于是切换到一个“闭合”的状态。
放大装置，对信号进行缓冲处理放大，这种取样处理的方法为后续工作开先头。
线性门，对输入的起始信号、终止信号做到整形的功能，也是为后续的工作做准备。
延时电路的选取要满足高电平延时的系统要求，通过这一点选取外接电容、电阻、单稳态集成电路和二极管组成，延时信号可统一。选通延时是指通过对停止信号触发停止双稳翻转使其产生的ECL标准的高电平延时，以触发后续的读出定时电路产生相应的“读出”控制信号。选通延时电路实际上就是一个单稳态电路，主要由单稳态集成电路与外接电阻、电容以及二极管等组成，其延时输出信号为“振荡”脉冲，根据系统设计要求，将该单稳态输出的脉冲宽度即“延迟”时间范围控制用超高速ECL单稳态集成电路芯片。
复位电路在一个信号脉冲完成即延时时间后，或者一个超量程的时间脉冲幅度，后进行的一项准备工作，它应该有一个读出复位、超量程复位。
以上是时间-幅度变换器的模糊的元件组成方式，这些组合的方式都是为了完成一个正常的环境下对一个时间的精度测量，当然还有一些错误时的修正方案，可以通过对实验电路的设计来满足核物理实验中稳定性、精度高、成本低、方便实用等优点，各个组件的选择也是多方面的，不是单一的，所以为以后的更新发展可做到铺垫的作用。
4.电路测试
1、只接起始脉冲，不接停止脉冲，或起始、停止脉冲之间的时间间隔大于35μs时，变换器电路无输出。
2、只接停止脉冲，不接起始脉冲时，变换器电路无输出。
3、同时接入起始脉冲和停止脉冲，并且起始脉冲、停止脉冲之间的时间间隔小于35μs时，变换器电路有一定的幅度的矩形信号输出。[7]
4、使起始脉冲、停止脉冲之间的时间间隔为35μs时，变换器电路输出幅度最大，为6V；当时间间隔增加到35+（0.1~0.2）μs时，即临界超量程时，变换器电路无输出。
通过以上测试说明电路工作正常。
5.小结
本文从时间-幅度变换器的原理出发，以一些具体的元器件初步组成一个时间-幅度变换器，通过对元器件的筛选，选取适当的元器件，使时间-幅度变换器完善。设计出一个简易的时间-幅度变换器。
参考文献：
[1]安琪，粒子物理实验中的精密时间间隔测量[J].核技术.2006:13
[2]郭瑞琪、唐启明，通用时间-幅度变换器[J].物理.1973：155-163
作者简介：贾建申（1988-）男，汉族，本科，助理工程师，主要从事核电厂运行工作。