现代核电子学  022M1003H

学期:2017—2018学年(春)第二学期 | 课程属性:一级学科核心课 | 任课教师:刘振安
授课时间: 星期三, 第5、6、7节
授课地点: 教1-405
授课周次: 1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12
授课时间: 星期一, 第5、6、7节
授课地点: 教1-405
授课周次: 1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12
课程编号: 022M1003H 课时: 60 学分: 4.0
课程属性: 一级学科核心课 主讲教师:刘振安
英文名称: Modern Nuclear Electronics

教学目的、要求

	本课程为物理学院一级学科“核科学与技术”核技术及其应用专业及相关专业研究生的专业核心课和一级学科“物理学”粒子物理与原子核物理专业研究生的专业普及课,从综合基础知识、基本概念与原理、常用标准、新技术发展及应用等四个方面对核物理及粒子物理实验与核技术应用中所需电子学进行完整介绍,包括核探测器信号的特点、核电子学基本概念、信号处理的原理方法以及所采用的各种技术、跟踪核电子学相关的最新技术及未来发展方向。
	通过本课程的学习,学生能够了解核物理与粒子物理实验中信号处理及仪器的完整知识体系,理论框架、发展历史与现状,掌握实验中常用仪器设备的原理,学会运用最先进的电子学手段对粒子物理与核物理实验中产生的信号进行处理。使从事粒子物理与核物理研究的学生打下坚实的基础,能立即从事相关实验研究,并能更好地理解实验、为数据分析提供帮助。	

预修课程

电路基础、脉冲数字电路原理

教 材

刘振安,《物理电子学技术原理讲义》(电子板),高能物理所

主要内容

第一部分 综合基础知识(10)
第一章 引论(2)
第一节 核与粒子电子学研究的对象与特点
第二节 核与粒子电子学的基本技术
第三节 核与粒子电子学的应用领域
第二章 信号、噪声分析方法及信号处理概述(8)
第一节探测器简介
2.1.1 气体探测器
2.1.2 固体探测器
2.1.3 液体探测器
第二节 探测器的输出信号
2.2.1 探测器简化等效电路
2.2.2 输出信号的时间特性
2.2.3 输出信号的幅度
2.2.4 探测器的其它特性
第三节 噪声
2.3.1 噪声的种类
2.3.2 噪声对测量的影响
2.3.3 噪声的表示方法
第四节 分析方法基础
2.4.1时域和频域分析
2.4.2常见的基本电路分析
第二部分 基本概念与原理(20)
第三章 前置放大器(2)
第一节 前置放大器的作用与分类
3.1.1前置放大器的作用
3.1.2前置放大器的分类
第二节 电荷灵敏前置放大器
3.2.1电荷灵敏前置放大器的主要特性
3.2.2电荷灵敏前置放大器的主要噪声分析和抑制措施
第三节 电压灵敏放大器
第四节 电流灵敏放大器
第四章 线性放大器(4)
第一节 概述
4.1.1 放大器的作用
4.1.2 谱仪放大器的框图
4.1.3 基本参数及其测量方法
4.1.4 其它类型的一些放大器
第二节 谱仪放大器的放大节
4.2.1 放大节的结构
4.2.2分立元件构成的放大节电路介绍
4.2.3 集成运放构成的放大节
第三节 滤波与成型
4.3.1 滤波成形电路的作用
4.3.2 最佳滤波器的讨论
4.3.3 滤波成形电路的信息畸变
4.3.4 无源滤波成形电路
4.3.5 有源滤波成形电路
第四节 快放大器
4.4.1 概述
4.4.2 快放大器的放大节
4.4.3 快放大节的比较
第五节 弱电流放大器
4.5.1电阻式弱电流测量方法
4.5.1电容式I-F转换弱电流测量
第五章 时变与非线性电路(2)
第一节 线形门
5.1.1 线性门开门状态的特性
5.1.2 线性门关门状态的特性
5.1.3 线性门开关的过渡特性
第二节 时变滤波成形电路
第三节 展宽器
5.3.1 模拟展宽器
5.3.2 逻辑展宽器
第四节 基线恢复
5.4.1 基线恢复原理
5.4.2 CD基线恢复器
5.4.3 CDD基线恢复器
第五节 堆积拒绝 
5.5.1 堆积拒绝方法
5.5.2 堆积拒绝电路
第六章 脉冲幅度分析(4)
第一节 脉冲幅度甄别器
6.1.1 概述
6.1.2 脉冲幅度甄别器的一般要求
6.1.3 集成电路脉冲幅度甄别器
6.1.4 隧道二极管甄别器
第二节 单道脉冲幅度分析器
6.2.1 单道脉冲幅度分析器工作原理
6.2.2 单道脉冲幅度分析器实例
6.3.3 单道脉冲幅度分析器的技术指标
第三节 幅度-数字转换
6.3.1 模数变换器概述
6.3.2 线性放电型模数变换
6.3.3 逐次比较型模数变换器
第四节 电荷时间变换(QTC)技术
6.4.1 时间展宽器 
6.4.2 QTC工作原理
第五节 Flash ADC
	6.5.1 Flash ADC 工作原理
	6.5.2双阵列闪电型模数变换的原理 
第七章 脉冲时间分析(4)
第一节 概述
第二节 定时方法
7.2.1 前沿定时
7.2.2 过零定时
7.2.3 恒比定时
7.2.4 幅度和上升时间补偿定时  
7.2.5 定时方法比较
第三节 符合与反符合
7.3.1 符合方法
7.3.2 慢符合电路
7.3.3 快符合电路
第四节 时间-数字变换
7.4.1 时间分析
7.4.2 时间—幅度变换
7.4.3 时间—数字变换
7.4.4 上升时间—幅度变换
第五节 脉冲波形甄别
第八章 触发判选系统与在线数据获取(4)
第一节 触发判选
8.1.1概述
8.1.2 飞行时间计数器(TOF)判选电路
8.1.3 主漂移室寻迹电路
8.1.4 簇射计数器判选电路
8.1.5中心漂移室和缪子计数器判选电路
8.1.6 主触发电路
8.1.7 定时电路
8.1.8 定标器
第二节 在线数据获取系统
8.2.1概述
8.2.2简单的数据获取系统
8.2.3北京谱仪数据获取系统硬的件结构
8.2.4北京谱仪数据获取系统的的软件结构

第三部分 常用标准(15)
第九章 核与粒子物理实验中的常用标准
第一节 逻辑信号电平标准(2)
第二节 NIM标准及GPIB总线(4)
9.2.1简介
9.2.2机箱和电源
9.2.3插件
9.2.4插座定义
9.2.5信号电平
9.2.6 GPIB 总线
9.2.6.1 NIM/GPIB的特点
9.2.6.2 GPIB的技术实现
第三节CAMAC总线(3)
9.3.1 CAMAC系境的基本特征和规定
9.3.2 机箱总线信号
9.3.3 机箱信号的位置
9.3.4 CAMAC操作功能
9.3.5 CAMAC操作的时序
9.3.6 机箱控制器和系统结构
9.3.7 CAMAC软件
第四节 VME/VXI总线(4)
9.4.1 简介
9.4.2 VME/VXI演变
9.4.2 技术原理
9.4.3 机械尺寸与插座针脚定义
9.4.4 VME的最新进展
第五节 CompactPCI总线(2)
9.5.1 简介
9.5.2 技术原理
9.5.3 机械尺寸与插座针脚定义
第四部分 新技术发展及应用(15+12)
第十章 当前最新技术应用实例
第一节 流水线处理技术 (1)
10.1.1 传统的触发判选 
10.1.3 现代的前端电子学 
10.1.2 流水线处理
10.1.3 现代的触发判选
第二节最新VLSIC (ASIC/FPGA/CPLD) 应用(5)
10.2.1  VLSIC简史
10.2.2  FPGA/CPLD 的特点
10.2.3  FPGA/CPLD 结构与原理
10.2.4  FPGA/CPLD的开发
10.2.5  FPGA/PLD的在线编程
第三节 HPTDC-高性能时间数字转换器(4)
10.3.1 概述
10.3.2 技术要求
10.3.3 工作模式选择
10.3.4 内部结构
10.3.5 实现方法
10.3.6 性能测量
10.3.7 结论
第四节 Medipix简介(2.5)
	10.4.1 概述
	10.4.2 ASIC设计要求
	10.4.3 技术实现与应用 
第五节 新标准xTCA 简介(2.5)
10.5.1 为什么需要新标准
10.5.2 新标准的制定原则
10.5.3 标准简介
第六节 告速串行传输、光隔离器件、光纤技术(5) 
10.6.1串行传输的优势
10.6.2光纤传输的优势
10.6.3高能物理试验数据传输时的两个重要特点
10.6.4 关键问题
10.6.5 适用的并串转换芯片与光收发器
10.6.6两种高速光纤数据传输在BESIII触发系统中的应
第七节 抗辐照电子学最新简介(7)
10.7.1 粒子与半导体器件的相互作用
10.7.2 单粒子效应
10.7.3 辐射效应的分类
10.7.4 辐射加固基本原理


								

参考文献