Схема совпадений

Проверка событий на совпадение и антисовпадение широко применяется в ядерной физике и физике элементарных частиц. Идея схемы совпадений на электронных лампах была предложена Росси. В настоящее время для этой цели используются транзисторы. Рассмотрим подробнее сущность и основные характеристики схемы совпадений.

Функция схемы совпадений состоит в генерации на ее выходе сигнала, если время появления сигналов на ее входах меньше некоторого предварительно установленного времени , которое называется разрешающим временем схемы совпадения. Входов в схеме совпадений может быть два (двойная схема совпадений, рис. 6.6) и больше.

Рассмотрим двойную схему совпадений так называемого перекрывающего типа. Такая схема совпадений практически то же самое, что схема "и" цифровой электроники. Схемы совпадения такого типа обычно используются в микросекундной области. Это так называемые медленные схемы совпадений (slow coincidence). На вход такой схемы поступают сформированные прямоугольные (медленные логические) импульсы. Иногда импульсы, поступающие на вход дополнительно регулируются (меняется их длительность). Эти импульсы поступают на схему "и". Выходной импульс со схемы "и" формируется и поступает на выход. Импульсы на выходе возникают, если временное рассогласование между двумя импульсами меньше, чем t₁ + t₂, где t₁ и t₂ - длительности импульсов на входе "и".

Если на оба входа схемы совпадений подать сигналы от одного источника и в один из каналов ввести задержку t_d, то интенсивность на выходе N в зависимости от задержки будет иметь П-образную форму (сплошная кривая на рис. 6.7). Это так называемая кривая самосовпадений ( _e = t₁ + t₂ - электрическое разрешающее время). Однако если подать на входы схемы совпадений сигналы от двух источников и проделать ту же операцию (снять кривую совпадений), картина может заметно измениться (штриховая кривая на рис. 6.7). Она может быть заметно асимметричной. Это связано с временными неопределенностями временных привязок в каналах. Чем они больше, тем кривая совпадений сильнее размывается. Часть событий (серые области на рис. 6.7) при измерениях с так выбранным разрешающим временем будут утеряны (эффективность системы регистрации <100%). Различие между этими величинами характеризует временное "размытие" в каналах. Для характеристики временных свойств систем часто используют другую характеристику - полная ширина на половине высоты (FWHM) временного распределения.

Для того чтобы эффективность схемы совпадения была 100%, задержки в каналах должны быть одинаковыми. Кроме того, длительности входных импульсов в каждом из каналов должны быть не меньше максимальной временной неопределенности в данном канале. Если длительности входных импульсов слишком велики, неоправданно увеличивается вклад случайных совпадений. Подбор оптимальных задержек и длительностей импульсов методом проб и ошибок утомительно, и экспериментаторы нередко избегают этого, устанавливая длительность входных импульсов на основании своих оценок временных неопределенностей в каналах. Между тем, задачу оптимизации разрешающего времени для двойной схемы совпадений можно существенно упростить, используя вместо схемы совпадений время-амплитудный конвертор с одноканальным анализатором.

Входов у схемы совпадений может быть больше двух. Часть из входов может быть задействовано на антисовпадения. Кроме рассмотренной выше схемы совпадений перекрывающего типа, в быстрых схемах совпадений используют более сложные схемы формирования сигналов.