用于电离辐射探测器的放大器和电荷灵敏前置放大器的测试方法.pdf

u p c f 8 5 3 9 1 0 7 4 6 2 1 0 3 9 5 中 华 人 民 共 和 国 国 家 标 准 g b t 4 0 7 9 一 9 4 用于电离辐射探测器的放大器和 电荷灵敏前置放大器的测试方法 t e s t p r o c e d u r e s f o r a mp l i f i e r s a n d c h a r g e s e n s i t i v e p r e a mp l i f i e r s u s e d w i t h d e t e c t o r s o f i o n i z i n g r a d i a t i o n 1 9 9 4 一 1 2 一 2 2 发布 1 9 9 5 一 1 0 一 0 1 实施 国家技术监督局发 布 目次 主题内 容与适用范围 一 引 用 标 准 术语 符号 代号 甲 c 测试仪器 主 放 大 器 的 主 要 参 数 的 测 量 方 法 前置放大器主要参数的测试方法 1 3 中华 人民共 和国 国家标 准 用于电离辐射探测器的放大器和 电荷灵敏前置放大器的测试方法 gb t 40 79 一 94 代替 g b 4 0 7 9 8 3 t e s t p r o c e d u r e s f o r a mp l i f i e r s a n d c h a r g e s e n s i t i v e p r e a m p l i f i e r s u s e d w i t h d e t e c t o r s o f i o n i z i n g r a d i a t i o n 本标准参照 采用了i e c 1 1 5 1 核仪器 用于电离辐射探测器的 放大器和前置放大器的测试方 法 1 主题内容与适用范围 本标准规定了电离辐射探测器用的主放大器 成形放大器 和电荷灵敏前置放大器的测试方法 本标准适用于半导 体探测器 气 体脉冲电 离室 正比 探测器用的主放大器和电荷 灵敏前 置放大器 也适用于闪烁探测器用的主放大器 引用标准 gb 5 9 6 2 标准核仪器插件 术语 符号 代号 3 1 术语 3 1 1 前置放大器 p r e a m p l i f i e r 位于辐射探测器和主放大器或其它电部件之间并紧接在探测器输出端的电子放大器 3 1 2 电 荷灵敏前置放大 器 c h a r g e s e n s i t i v e p r e a m p l i e r 输出信号正比于输入电荷 而与输入电容基本无关的前置放大器 3 1 3 主放大器 成 形放大器 m a in a m p li f ie r s h a p i n g a m p l i f i e r 在放大器系统中 跟在前置放大器之后且包含有脉冲成形网络的放大器 3 1 4 电 荷灵敏度 s e n s i t i v i t y c h a r g e 电荷灵敏前置放大器的输出电压与输入电荷之比 也可定义为输出电压与给定探测器入射粒子能 量之 比 3 1 5 探测 器电 容 c a p a c i t a n c e o f d e t e c t o r 在指定的偏压下 探测器的极间电容 3 1 6 矩形脉冲 r e c t a n g u l a r p u l s e 阶跃时间远小于顶部持续时间的平顶脉冲 3 1 7 尾 脉冲 t a i l p u l s e 具有很快的上 升时 间 并以比 上升时间 要长得多的时间 常数指数衰减的 脉冲 3 1 8 微分器d if f e r e n t i a t o r 由一个电容和一个电阻组成的高通网络 其输出信号正比于输人信号的数学微分 3 1 9 准高斯 q u a s i g a u s s i a n 国家技术监督局1 9 9 4 一 1 2 一 2 2 批准1 9 9 5 一 1 0 一 0 1 实施 gs e 4079 一 94 近似于正态分布的信号形状 除另有说明外 在本标准中是指由一个微分器和四个 或更多 积分器 所产生的脉冲形状 3 1 1 0 成 形 网 络 s h a p i n g n e t w o r k 由 一个或几个微分器组成的 高通网络和 几个积分器组成的 低通网络组成的网络 它可以减少 前置 放大器 输出 脉冲的宽度 从而提高了 它的时间分辨 能力和信号噪声比 3 1 1 1 上升时i hi r is e t im e 脉冲从它的最大值的 1 0 升至9 0 y o 所需要的时间 3 1 1 2 成形脉冲的 达峰时间 p e a k i n g t i m e o f a s h a p e d p u l s e 单极脉冲由前沿幅度 1 点至峰中心线之间的时间间隔 3 1 1 3 脉冲宽度p u l s e w i d t h 单极性脉冲波形中幅度为峰值幅度一半处两点间的时间间隔 又称为成形时间标志t o iz o 3 1 1 4 极零补偿 p o l e z e r o c a n c e l l a t i o n 用极点和零点互相抵消 达到补偿的脉冲成形技术 3 1 1 5 放大器的增益 g a in o f a n a m p l i f i e r 放大器输出脉冲幅度与输入脉冲幅度之比 3 1 1 6等 效 输 入 噪 声 e q u i v a le n t i n p u t n o i s e 在放大器中 输出噪声信号除以放大器的增益 3 1 1 7 噪 声 转 换 增 益 n o i s e t r a n s i t io n g a in 主放大器中的一个增益值 低于该增益值时 输出噪声几乎与增益无关 高于该增益值时 输出噪声 几乎与增益成正比 3 1 1 8 噪声线宽度 n o i s e l i n e w i d t h 用幅度一定的无噪声的电脉冲代替辐射源所产生的信号 由此而获得的谱线宽度 3 1 1 9 动态范围 d y n a m i c r a n g e 放大器给出线性响应的脉冲幅度范围 3 1 2 0 积分非线性 i n t e g r a l n o n l in e a r i t y 在输出幅度范围内 实际的传输特性曲线与理想直线的差别 用相对于线性响应的最大偏离与最大 额定输出脉冲幅度之比的百分数表示 3 1 2 1微 分 非 线 性 d i f f e r e n t i a l n o n l i n e a r it y 在 放 大 器 的 整 个动 态 范 围 内 增 量 的 增 益 变 化 通 常 表 示 为 基 准 增 量 的 百 分 数 3 1 2 2 双极脉冲 b i p o l a r p u l s e 在基线两边各有一个凸起的脉冲 3 1 2 3 基线 b a s e l i n e 电平的平均值 在无重迭脉冲情况下 脉冲偏离此电平平均值 然后又回到此电平平均值 3 1 2 4 基线 漂移 b a s e l i n e s h i f t 由于占空因数 等于脉冲时间乘脉冲重复频率 从零增加 而使基线改变的现象 通常此漂移与信号 的极性相反 3 1 2 5基线 恢复 器 b a s e l i n e r e s t o r e r 在放大器输出脉冲 或一系列脉冲 后 使基线迅速恢复到它以前所在电平的线路 3 1 2 6 偏移 o f f s e t 直流偏离于 所规定的电压 或电 流 电 平 除另 有说明外 所规定的电平 是基线 3 1 2 7 辐射能谱仪的 能量 分辨 率 e n e r g y r e s o l u t i o n o f a a n r a d ia t i o n s p e c t r o m e t e r 对于某一给定的能量 辐射谱仪能分辨 的两个粒子能 量之间的最小相 对差值的量度 通常以 半高宽 f w h m 或半高宽与峰能量比 值的百分数表示 2 gb t 407 9一 9 4 3 1 2 8 放大 器系 统中 的 分辨时间 r e s o l v i n g t i m e i n a n a m p l i f i e r s y s t e m 两泞 湘继出现而仍能被分辨开的 脉冲 或电 离事件之间的 最小时间间 隔 除另 有规定外 分辨时间 被 定义为 t o m e 3 1 2 9终 接电 阻 t e r m i n a t i n g r e s i s t o r 跨接在放大器或信号产生器输出 端的电阻 目的是消除信号在这些端处的反射 3 1 3 0特 性 阻 抗 c h a r a c t e r is t i c i m p e d a n c e 一个网 络 例如一同轴电缆或一衰减 器 的内阻 阻抗 当用与该阻 抗相同的电 阻终接时 可 避免 信 号的反射且输出信号减半 31 3 1 晃动w a l k 放大器中脉冲高度的变化引起过零时间的改变 3 2 符号 代号 3 2 1 a 放大器增益 12 2 a t 噪声转换增益 3 2 3 ad c 模数转换器 3 2 4 b l r 基线恢复器 3 2 5 b w 带 宽 mh z 3 2 6 c 连接脉冲发生器至前置放大器的检验电容 p f 12 7 c 前置放大器内的检验电容 p f 12 8 c 探测器电容 p f 12 9 c 电荷灵敏前置放大器中的反馈电容 p f 3 2 1 0 c 跨接于前置放大器输入端到地的电容 p f 3 2 1 1 增量的变化 3 2 1 2 d u 电桥输出电压 在零处 a u b 0 mv 3 2 1 3 a u 实 际输出特性曲 线与理想的线 性响应的最大偏离 m v 3 2 门4 n 多道分析器上谱峰的中心道位 道 12 1 5 a n 脉冲产生器峰的f wh m值 道 12 1 6 e 粒子或光子的能量 k e v或 me v 3 2 1 7 形成一个离子对所需要的平均能量 e v 3 2 1 8 e r ms 均方根值噪声电压 mv 3 2 1 9 e 等效输入噪声 mva 12 2 0 e 主放大器输出端处的均方根值噪声电压 m v 3 2 2 1 f whm 半高宽 k e v 或道 3 2 2 2 f w 0 1 m 十分之一高宽 k e v 3 2 2 3 f w 0 0 1 m 百分之一高宽 k e v 3 2 2 4 l 积分非线性 12 2 5 l o 微分非线性 3 2 2 6 c r t 阴极射线管 3 2 2 7 p z 极 零 12 2 8 q 均方根 值噪 声电 荷 c 12 2 9 q 折合 到前置放大器输入端的等效均方 根值噪 声电 荷 c 12 3 0 q 电 子电 量 q 1 6 0 2 x 1 0 c 12 3 1 r 探测器偏置电阻 n o 3 2 3 2 内 阻 n o c b t 4 0 7 9 一9 4 3 2 3 3 r o 终接电阻 5 2 0 3 2 3 4 r 电荷灵敏前置放大器内的反馈电阻 5 2 3 2 3 5 s 电荷灵敏度 v c 12 3 6 t 脉冲上升时间 n s 1 2 3 7 t 单极性脉冲的 达峰时间 p s 3 2 3 8 t 从第一个半周峰高的1 处 到它的峰中 心处所测 得的 双极性脉冲的达峰时 间 p s 3 2 3 9 从第一个半周峰高的1 处 到第二个峰中心处所 测得的双极性脉冲的达峰 时间 p s 3 2 4 0 t p 双极性脉冲的穿过时间 n s 或 s 或m s 3 2 4 1 t 成形时间标志 也称为单极性脉冲的脉冲宽度 3 2 4 2 t 在峰高的n 处的脉冲宽度 这里的n 规定为0 1 1 0 0 0 1 等 n s p s m s 3 2 4 3 z 时间常数 i s 1 2 4 4 u 脉 冲 产 生 器 输 出 电 压 幅 度 v 3 2 4 5 uo 放大器输出脉冲幅度 ve 12 4 6 u 放大器输人脉冲幅度 vo 3 2 4 7 um 放大器最大线性输出脉冲的幅度 v 3 2 4 8 z 特性阻抗 5 2 4 测试仪器 4 1 测试方框图 放大器一般参数的测试方框图见图1 a c 电眼 表 电 容 器盒 子 前置 放大器 示 彼 器 主放 大 器 a 脉 冲 产 生 器衰 减 器 外 胜 发 直 接愉 出 图 1 则 试方框图 图1中虚线表示电缆连接的改变 除晃动和前置放大器的非线性测量以外 此装置可以用来测量所 有的 参数 测量主 放大器时 可以不 用前置放大器和电 容器盒子 在此装置中 电缆终端的插头插座及 t型插头 弯头等 要有好的机械性能 以保证有低的接触电 阻 脉冲产生器和放大器的终接电阻通常都采用 5 0 5 2 4 2 脉冲产生器 脉冲产生 器开路输出电 压u 大 于或等于1 0 0 v 且输出 脉冲的 幅度能用一个满量程 为1 0 0 0 分度 的多圈电 位器来调节 4 c b t 4 0 7 9 一9 4 除另有说明外 均采用u 等于l o v和1 0 0 0 格 的刻度盘 不同的u 或调节方法只 能影响 测量中的 某些细节 不会影响整个测量方法 脉冲产生器至少有两 个输出 一个是直 接输出 一个是衰减 输出 每个 输出 均有各自 的后部终接电 阻 并 且有相同的内阻r r 为0 5 或更小 同时 还应有一个 触发示波器扫 描用的 输出 脉冲产生器的工作频率可以是电源频率或其它频率 用其它频率工作时可以检验系统中的交流声 干扰 421 检验前置放大器的 脉冲 产生器 一般使用t 小于或等于 1 n s的平顶脉冲的脉冲产生器 也可以用t 小于或等于5 n s 水银继电器尾 脉冲产生器做所有检验 但不能用来检验前置放大器的指数衰减的性能 脉冲产生器的t 应与探测器的t 相一致 当检验同半导体探测器和充气探测器一起连用的前置放 大器时 由于探测器的收集时间在变化 脉冲产生器的r 应不大于探测器或前置放大器系统的最短的t 的1 3 当检验同闪烁探测器一起使用的前置放大器时 脉冲产生器的t应小于前置放大器的t 如果闪 烁探测器的t 比 前置 放大器的t 大 则应再调 整脉冲产生器 以 便与闪 烁体的 相匹 配 脉冲产生 器的 下降时间要快于 前置放大器的下降时间 若脉冲产生器的幅度相对于 示波器的 灵敏度已 经校准 则脉冲产生器的幅度和示波器的灵敏度 均 无需准确 4 2 2 检验主放大器的脉冲产生器 用矩 形脉冲产 生器 也可以用尾 脉冲 产生器 当 检验过载或p z 工作时 必 须使 用尾脉冲 尾脉冲 可以由一 个平顶脉冲来获得 只要在脉冲产 生器和衰减器之间 加人一个电容即 可 4 3 衰减器 衰减器可以是 脉冲产生器的 一部分 也可以在 外部 建议衰减器各档与主放大器的增益粗调相匹 配 衰减器的精度和稳定性取决于所接电阻的稳定性和精度 各档开关接通后引起的误差不超过该档输 出信号的1 衰减器各档要进行校准 方法是在输人端加直流电压 用数字电压表测量其电压值 然后 用数字电压表测量其输出电压值 4 4 电容器盒子 图 1 给出了电容器盒子的线路图 检验电容c 是误差小于或等于 1 的已知电容 此盒子还包含 一 组 用 开 关 转 换的 并 联电 容 这 些电 容 完 全 可 以 覆 盖 前 置 放 大 器 所 要 求 的 输 人电 容 范 围 c应 屏 蔽 或 与并联电 容开关隔离 使得改变开 关的位 置时不影响 检验电 容c值 并联电 容应该用低损 耗绝缘物质构成的电 容 例如 石英 聚 苯乙 烯或碳酸醋 低损耗陶瓷等 开 关和 连接器的绝缘体也应是低损耗物质 4 5 主放大器 主 放大器增益通常在2 3 0 0 0 倍之间 最大线 性输出幅度u 为l o v 若u 二 不为l o v 测试程序 应 稍做修改 主放大器包含一个成形网络 目的是提高信号噪声比和减小脉冲宽度 在高分辨率的谱仪中 脉冲 成 形 是 最 重 要 的 一 条 采 用 单 极 脉 冲 成 疮 时 间 标 志 可 以 便 于 对 不 同 成 形 网 络 的 放 大 器 进 行 能 量 分 辨 率的比较 测量前置放大 器的噪声时 所用的主放大 器应包含准高斯滤 波网 络 应注明 所用t v z 同时还 应消除 b l r对噪声测量的影响 4 6 a c电压表 此电压表应具有有效值响应或全波真一 r ms 响应 此时波峰系数不小于4 在具有c r r c 成形的 放大器中 串 联噪声由 公式 1 决定 并联噪 声由 公式 2 决定 b w x t 3 8 8 1 gb t 40 79 一 94 b w x t 1 6 8 2 式中 b w a c电压表的 3 d 6 带宽 mh z t2 成形时间标志 j i s 8 允许误差 a c电压表的测量精度应好于 1 4 了 示波器 示波器应具有直流锅合输入 外触发扫描及足够的内部延迟 而且它的上升时间应小于被测量的最 短的t 的1 3 为测量晃动 示波器应有一个延迟扫描 其扫描速度应同被测量的晃动相匹配 4 8 非线性桥 非线性桥基本上由二个串联电阻组成 通常每个为1 k f 2 它们之中的一个连至被检验的放大器 而 另一个接至脉冲产生器 见图1 中 桥的方框部分 如果这两个信号 极性相反 幅度相等 那么 在峰处为 零 见图2 在检验主放大器时 如果此放大器是理想的线性 则改变脉冲产生器输出 零状态不改变 如气 果放大器具有非线性 零状态就会改变 日厂曰门日曰 1 曰 曰曰下日口屯澎袄 门 l r 一州 男曰日 阴 一 r 一门厂 一1厂二 口厂屠日口曰曰门 曰厂叮月门门门口 曰 陌门 下日 门日 日 曰 门斤门门 拿 门曰叮门 口 口曰阵 日门厂 口口 增益 过高 增 益 正好 增 益过 低 图 2 桥平衡波形图 为使信号在相加点相减 其中一路的信号必须倒向 如果放大器或前置放大器不具备倒相 就必须 在一路中加人倒相器 为了使有适当灵敏度的示波器不出现过载 减小示波器的过载影响 在桥的相加点 即桥的输出 接 两个低电容的高频半导体二级管 如肖特基势垒二级管 组成过载限幅器 4 9 脉冲产生器对示波器的校准 在测量 增益 电 荷灵敏度 噪声时 凡 公式中以比 例的形式出现的输出和输人电压 均无需很精确地 分别测定 但脉冲产生器对示波器要进行校准 方法如下 a 脉冲产生器的直接输出与示波器输入相连接 b 按刻度盘的指示的 值 调节脉冲 产生器的输出至5 o o v c 在放大器测量经常使用的扫描速度下 调节示波器的灵敏度使脉冲在c r t上占有五个大格 di v 使用尾脉冲产生器时 此校准应在脉冲峰值处进行 通常的示波器的每个大格包含有五个小格 d i v 脉冲顶部的读数值误差小于 5 d i v 每次测量 前 应重新进行校准 4 1 0 多道分析器 多道分析器基本上由a d c 记忆单元和显示单元组成 若 a d c中谱形发生畸变 说明多道分析器 不适合检验高分辨率的放大器和前 置放大器 s c b t 4 0 7 9 一9 4 5 主放大器的主要参数的测量方法 主放 大器的 主要参数有脉冲 成形参数 增益 极零补 偿范围 噪声 积分非线性 增益 的稳定性 过载 j恢复时间 过零时间晃动 计数率效应等 通常 测量主放大器时不使用前置放大器 信号源用尾脉冲产生器或矩形脉冲产生器 如果使用前 置放大器 最好使用矩形脉冲产生器 5 1 脉冲成形参数 图3 是单极性和双极性准高 斯脉冲的 波形图 主 放大器成形参数 有 v z t p i i t p z t o t o o i 如图3 所 不 5 11 单极性脉冲成形时间的表示法 准高斯单极 性脉冲的成形时间用 表示 t i z 的 单位是n s tx s 或m s 若用其 它脉冲成形参数或以 准三角形单极性脉冲的 t表示 必须在测量结果中加以说明 cr f r c l c r 一 r u 响lesteseeeseees esj飞estweesl刊 j 月 八月 h认卜 悦 月且 ji 眨眨010 n刁 月 图3 单极性和以r t脉冲 5 1 2 双极性脉冲成形时间的表示法 增加一个微分器 其时间 常数与第一个微分器相同 这样就可以使单极性脉冲变为双极性脉冲 它 的 第 泛 个 半周略宽于 原单极性脉冲的t 2 该脉冲 宽度应加以说明 5 2 脉冲成形主要参数的测量 测量步骤如下 a 断开b l r 首先测量单极性 脉冲 b 调节p z电位器 使输出脉冲完全消除下冲 调节脉冲幅度 使它在c r t上为5 d i v 增加c r t的垂直灵敏度 1 0 倍 使得 2 5 d 代表脉冲幅度的 示波器返回到原来的灵敏度 即可测出t l z t p 为了提高测量 精度 扫 描的 宽度也要调节 到使所测参数在水 平方向 至少占5 d i v f 用同样方法可 测出 双极性脉冲的 1 t p z t o m t o e 5 3 增益测量 规定在微分和积分时间常数相等时测量主放大器增益 各时间常数档的增益均应满足要求 且单极 和双极输出时间的增益应相等 否则须加以说明 5 11 粗增益测量方法如下 一 主 放 大 器 的 粗 增益 置于 最 大 c b t 4 0 7 9 一9 4 b 用幅度已知的脉冲输人到主放大器 并保证主放大器输出不饱合 c 用示波器测量其输出脉冲幅度 d 计算主放大 器增益 e 对每一个粗增益档重复上述步 骤 粗增益各档测量完后 全部误差将相对于最大粗增益档归一化 也可以选择对其它的粗增益档进行 归一化 此外 还应说明粗增益的范围及增益各档的误差 5 3 2 细增益测量方法如下 a 粗增益放在任意档 b 将细增益置于最小 用示波器测出主放大器输出幅度 c 将细增益置于最大 用示波器测出主放大器输出幅度 这时放大器不能饱和 且其它条件不 变 d 若细增益的覆盖范围是 3 1 则细增益为最大时的输出幅度是细增益为最小时的三倍 给出测量结果时 应说明细增益的精度 5 4 极零补偿范围的测量 可调极零相消网络的最大极零相消范围为无限大 因此需要测定的是其下限 方法如下 a调节主放大器p z补偿到最大补偿的位置 b 将主放大器成形时间置于某位置 c 用衰减时间常数可调的脉冲产生器输人至主放大器 用示波器观察其输出脉冲 d 改变脉冲产生器的衰减时间 找到此时间常数下 p z网络最佳补偿的衰减时间最大值 e 改变主放大器成形时间 重复 5 4 d f 比 较不同成形时间下所找到的 最佳补偿的 最大脉冲 衰减时间 取其中 的最大者为主放大器的 p z补偿下限 5 5 噪声测量 5 5 1 不同增益下的噪声测量 测量噪 声时 市电 和高频干扰 地回路噪 声 由各电源 导致的纹波 和噪声以及 主放大器内的b l r均 不应有效地影响测量结果 并注意p z的调节 5 5 1 1 测量装置如图1 所示 不用前置放大器 和桥 连 接主 放大器输出 至示波器输 人 5 5 1 2 将主放大器增益置于最大 其输入端通过同前置放大器输出 阻抗相等的阻抗接地 所用 前置 放 大 器的 输 出 阻 抗 不明 时 主 放 大 器 应 在 输 人 端 用s o n 电 阻 接 地 测 出 主 放 大 器的 增 益a 5 5 1 3 用均方根值电压表测量主放大器的输出端噪声 5 5 1 4 折算到输入端的等效噪声为 e 二 一 e a 3 式中 a 主放大器增益 折算到主放大器输入端的等效噪声 m v e o 主放大器的输出端噪声 mv 5 5 1 5 在不同增益档下 重复上面测量 可测到各增益档下的 值 均方根电压表必须有足够的带宽 同时还应说明测量噪声时的r 及增益范围 5 5 2 噪声转换增益 利 用5 5 1 所 得 相 对 于a 的曲 线 如 图4 所 示 曲 线 的 拐 点a t 定 义 为 噪 声 转 换 增 益 并 应 在 测 量结果中加以说明 c b t 4 0 7 9 一9 4 e 阂 mv 1 0 1 0 01 0 0 0 1 0 0 0 图 4 e 相对于a的曲线 5 6 积分非线性测量 积分非线性的计算由公式 4 给出 u l x 1 0 0 a 曰 m 4 式中 a u a 最大偏离 m v u m 放大器最大线性输出脉冲幅度 v 积分非线性的特性曲线见图 5 测量主放大器积分非线性用电桥法 5 6 1 置脉冲产生器直接输出幅度为u 通常为 i o v 极性与主放大器输出脉冲极性相反 若主放大 器不具备倒相 在其一路插入倒相放大器 图 5 积分非纷f的动态特性 5 6 2 把主放大器的增益置于 s o 倍 接近用锗探测器测量 1 me v射线可能使用的位置 5 6 3 调节 p z 使输出脉冲达到最佳补偿 5 6 4 置输出直流电平为零 5 6 5 调节脉冲产生器的衰减倍数和增益细调 使电桥输出为零 5 6 在 保 持 所 有 其 它 条 件 不 变 的 情 况 下 将 脉 冲 产 生 器 直 接输 出 幅 度 从u m 连 续降 到 零 在 泵 波 器 上观察桥输出电 压的变化d u 找出 u f 二 a u b m 1 2 a u gb t 4079 一 94 6 7 由公式 5 计算出主放大器的积分非线性 2 a ub m u x 1 0 0 5 式中 l 积分非线性 u b m a x 电桥最大输出电压 mv um 放大器最大线性输出脉冲幅度 vo 一般情况下脉冲产生器输出幅度低于 5 v时 认r 返回到零 如果在低端不能返回到零 这是由 于 b l r的作用所产生的内部偏置所致 为了补偿 断开 b l r 记下约 5 v的 u b r 即 u 返回至u m 调节细增益 使桥输出不平衡也产 生 u b ro 重新作试验 重复 5 6 6 由公式 6 计算出主放大器的积分非线性 2 dub 一 ub l u x 1 0 0 一 6 式中 a u b r n 脉冲产生器输出幅度为 5 v时的 u l 积分非线性 d ub r x 电桥最大输出电压 mv u m 放大器最大线性输出脉冲幅度i v 测量积分非线性时应注明输出电压的范围 形成时间和测it时所用的增益 5 了 增益稳定性的测量 5 7 1 温度效应 测量装置如图 1 但被测主放大器应置于温度可调的恒温箱内 测量时将脉冲产生器直接输出脉冲 幅度调到 u m 在温度t 时 注意应保持一定的时间 使温度平衡 调节脉冲产生器衰减器使电桥平衡 电 桥输出 即测量点 a u 为 零 其它条 件保持不变 温度升到l 待温 度平衡后测量a u t 同 时测 量输出直流电平 温度稳定性s t 由公式 7 给出 2i x a u t t 一 1 x 1 0 0 y 7 式中 s t 温度稳定性 a u b t 2 温度保持在t 时电 桥的输出v t t 两次测量a u 的温差 本测量可在规定温度范围内用三点法分二段测量 即从中点温度到温度上限为一段 从中点温度到 温度下 限为另一段 各段的 平均温度稳定性均应满足要求 这里中点温度为2 0 1 c 范围内的某个温 度 有条件时 本测量应在规定的温度范围内 温度增量 t t 1 不超过 c 进行 所给出的指标必 须对规定温度范围内所有 1 0 c 增量有效 温度范围及测量时所用的增益和t 由产品标准规定 5 7 2 市电电压变化的影响 除主放大器所用电源的市电电压可变外 测试装置与图1 相同 置市电电压于其标称值 脉冲产生 器直接输出调到 u m 调衰减输出使电桥平衡 y几 r 为零 市电电压在标称值的 8 8 到 1 1 0 范围内改 变 而所有其它条件保持不变时 测出 u b a 增益v a 定度s 由公式 8 给出 2 1 a u um x i 0 0 8 式中 s 一 一 增益稳定度 u b m 电桥最大输出电压 m v 1 0 g b t 4 0 7 9 一9 4 u m放大器 最大线性输出脉冲 幅度 v 在插件系统情况 下仪器的电 源是分开的 这时供电电 源的 性能应满足g b 5 9 6 2 8 6 中4 2 的要 求 57 3 长时间漂移 测量 装置如图1 主放大器环境温度应保持在室温士2 以内 其电源 所用市电电 压保持在标称电 压士2 以内 重复5 6 1 5 6 5 每隔一小时测量一次a u 找出 在8 k 或规定的其它时间内的 dub 二 则长时间的增益稳定度s 由公式 9 给出 um 一u m m in u u m i us u 二 二 9 式中 以ll lll al u 二 a二 u u m m u 2 a u b m a v um m um m u 一2 au 二 n v um 放大器最大线性输出脉冲幅度 v c u s 电桥最大输出电压 m v 5 8 过 载恢复时间的测量 对主放大器而言 最小 增益是乘2 如果在此 最小增益下 一个幅度为u m 2 的 脉冲 产生器信号加至 主放大器的输入端 那么输出信号为u m 如果将增益置于最大 放大器将过载 过载倍数为过载时的增 益除以非过载时的增益 当主 放大器输出 波形回 到基线附近 规定 最大输出电 压u 二 士 0 o l u m 的一个带内 小信号增益也 恢复到正常时 主放大器就被认为从过载恢复了 过载脉冲通过 u m的1 两点间归一化为不过载时 t o t 的 倍数 主放大器的过载与增益 和t 2有关 因 此详细说明过载 恢复时间时 应阐明 增益位置和脉冲 成形参 数 否则就认为适用于主放大器中所有增益和滤波网络的组合 如果主放大器具有 p z补偿网络和 b l r 则在进行过载测试前必须把网络准确调好 并应在给出测量结果时加以说明 用尾脉冲产生器做主放大器的信号源时 过载恢复时间规定是对5 0 p 或更大的衰减时间 常数而 言 此时间常数也应在给出测量结果时加以说明 5 8 1 单极性脉冲的过载恢复时间 测量单极性脉冲的过载恢复时间方法如下 a 如果改变主放大器增益影响其输入阻抗 就必须在脉冲产生器的终端接一个与特性阻抗相等 的电阻到地 b 主放大器的增益置于最小位置 调节脉冲产生器使其输出幅度为 u m 再调节 p z补偿电位 器 使主放大器输出脉冲无下冲 将示波器放在最灵敏的位置来观察 d 宽度 调示 波器使主 放大器 输出脉冲 在c r t上占5 d i v 把示波器的灵敏度提高十倍 使得 2 5 d i v 代表脉冲幅度的1 洲出非过载情况下的输出脉冲 调节增益控制使之达到所希望的过载倍数 调节p z以得到最佳的基线恢复 调节示波器 扫描速度 使得前沿 和后沿之间 在水平方向上占有 整数大格 测出 过载情况下的输 e 卜 出脉冲宽度 5 8 2 双极性脉冲的过载恢复时间 其测量方法与单极性脉冲相同 但测量脉冲宽度为双极性脉冲的t m p z 调节应在单极性脉冲时 调整好 5 9 过零时间晃动测 量 g b t 4 0 7 9 一9 4 主放大器输出 的双极性脉冲穿过基线的时间称为 过零时间 它可提供定时信息 主放大器某 些参量 变动 会引 起 过 零 时 间 改 变 称 为 过 零时 间 晃 动 图s 所 示 系 统 可 用 来 测 量 主 放 大 器 双 极 输出 幅 度 改 变 或增益不同时的过零时间晃动 示 波 器 脉冲产 生器 被 测放 大 器 衰 减 愉 出 外 触发 图 s 测量过零时间晃动的装置图 5 9 飞 改变输出幅度引起的过零时间晃动 测量方法如下 a 保持放大倍数不变 调节脉冲产生器衰减使主放大器输出幅度为um b 用示波器的延迟触发 测出双极信号的过零点 保持其它条件不 变 调节脉冲 产生器衰减输出 使主放大器 输出 在动态范围内变化 d 以脉冲幅度 u m 测得的过零时间为时间基点 测出过零时间晃动 说明改变输出幅度引起的过零时间晃动时 应给出动态范围 5 9 2 改变增益引起的过零时间晃动 测试装置同图s 本测试中被测试主放大器的增益是可变的 而输出幅度则通过调节脉冲产生器衰 减输出保持在u m 增益改变引起的过零时间晃动指的是覆盖整个粗细增益调节范围的过零时间晃动 5 1 0 计数率效应测量 谱 仪的 计数 率受前置放大器或主放大器的限制 当 仅测主放大器时 其计数率 效应依 赖于成形网络 和b l r的设 计 当 仅测前置放大器时 计 数率的限制依赖于能量和计数 率的积 其 它部分必 须具有良 好 的计数率特性 且系统参数应选得接近于放大器的使用条件 5 1 0 1 测量装置 测 量 装 置 方 块 图 示 于 图7 脉 冲 幅 度 分 布的 峰 位 及 分 辨 率 同 脉 冲 的 计 数 率 有 关 主 放 大 器 同 多 道 分 析器的a d c 输入级之间 必须直流 祸合 多道分析器应工 作于 符合方式 脉冲产生器 直接输出 通过逻辑 脉冲成 形和延 迟供给分析器合适的开门 信号 使多 道分析器只积累脉冲产生 器谱 等效的输入计数率用快放大器 甄别器和计数率表测量 根据最佳分辨时间选择快放大器成形时间 常数 甄别器的阐则被调到 刚超过 噪声 放射源和脉冲产生器不在时 甄别器刚不被噪声触发 5 1 0 2 作为计数率函数的峰偏移和谱分辨 图7 测试装置中 通过改变放射源同探测器的距离来调节 计数率 主放大器增 益和脉冲 产生器的设 定应使 低计数 率 不引起分辨 率变坏和峰 位漂移的 最高计数率 下的辐射峰在主 放大器最大线性输出的 7 0 和脉冲 产生 器峰位在9 0 0 0 保持脉冲产生器输出 幅度和频率不变 改变放射源同探测器的距离来 调节 计数率 测量不同计数率下 脉冲产生 器峰的峰位及幅度分布的f wh m值 相对于低计数率时的峰 位和f wh m值即可算出在规定最高计数率下的峰偏移和谱分辨的变量 gs r 40 79 一 94 放 射谏 快 放大 器 图 7 测量计数率效应引起的谱畸变装置图 测量计数率性能时 系统的极零网络应正确调节 此外 以下参量必须加以说明 主放大器成形和基线恢复器设定 低计数率峰位和 f whm 计数率低到一定程度时 计数率的改变对分辨率和峰位没有明显的 歌阮 影响 这时的分辨率称为低计数分辨 这时的计数率为低计数率 用作随机信号源的放射源的名称和能量 脉冲产生器的输 出脉冲幅度对应的能量 么吐 6 前置放大器主要参数的测试方法 前置放大器的主要参数有电荷灵敏度 电荷灵敏度与外接电容c 的关系 内部检验电容的大小 上 升时间tt 与c 的关系 噪声性能 微分非线性 l 及积分非线性l 用图 1 的装置可测量除非线性以 外的所有参数 前置放大器的p z 调节用 矩形脉冲产生 器 其余参数 可用尾脉冲产生 器 6 1 电荷 灵敏度的测量 前置放大器的电荷灵敏度应在主放大器的输出端来测量 具体方法如下 a 如果前置放大器有p z补偿 在测量之前先将它调整好 b 将主放大器增益 a置于合适值 以保证前置放大器工作在动态范围之内 用5 3的方法确定 其值 在测a时 应保证衰减器的输出阻抗和终接情况与正常工作的前置放大器存在时相同 c 连接脉冲产生器与电容器盒子 调好主放大器的p z 然后调节脉冲产生器 使主放大器输出 的脉冲幅度为5 0 0 v d用示波器测定 ui e 电荷灵敏度s 可由公式 1 0 计算 5 o o v a u c 1 0 式中 a 主放大器增益 s 电荷灵敏度 u 电荷灵敏前置放大器输入的脉冲幅度 v c 已知的检验电容 p f 应注明 该电 荷灵敏 度是在什么特定的探测器电 容 可以 是摸拟电 容 和t re 下获得的 t 应选用 前 置放大器 通常 选用的数 值 g b t 4 0 7 9 一9 4 6 2 电 荷灵敏度与电容关系的测量 当c 变化时 电 荷灵敏度也要改 变 应测出整个前置 放大器所设计的电 容范围内 的电 荷 灵敏度 测 量方法 有多道分析器法和线性桥法 6 2 1 多道分析器法 测量装置见图8 多 道分 析 器 电荷 灵 胜 图s 多道分析器法测量电 荷灵敏度与电容 关系的装置方 框图 测 量时 先将c 置于最小值 调节脉冲产生器或调节主放大器增益使主放大器的输出 脉冲置于多 道分析器满量程附近 记下峰位 然后逐档改 变c 并记下多道分析器上 峰位的变化 6 2 2 非线性桥法 在用非线性桥法时有两种方法 在c 的低端或高端处 使桥平衡 然后记录下当c t 发生变化时 桥输出电压的变化量 在c 的某一端处使桥达到平衡 当c 变化时调节脉冲产生器输出电压使桥仍保持平衡 记录 氏阮 下在c 每一档处脉冲产生器电压的变化量 6 2 3 电荷灵敏度与电容关系的详细说明 建议由所得数据作一个电荷灵敏度与电容c 关系的图 表 对零电容进行归一化 并详细说明在前 置放大器所允许的最大电容处发生的电荷灵敏度的变化值 若此值大于1 应再给出一中等电容值下 的变化值 并注明 测量时所用r v 和每一个数据点上的 上升时间是否调 至最佳 6 3 r与c 的关系的测量 在 6 2 的测量中 同时可得到r与 c 的关系 一般用两组数据给出r 与c 的关系图表 一组是c 等于零 或在前置放大器设计的最小电容 处r 调至最佳值 改变c 得到 r 与c 的关系 另一组是对不 同的c 均把 r 调至到最佳值而得到的 r 与c的关系 6 4 内部检验电容c 的测量 6 4 1 将产生器信号接至前置放大器的 检验输入 6 4 2 调节脉冲产生器输出电 压 使之与使用电容 器盒子时的主放 大器输出 信号幅度 相同 6 4 3 由 公 式 1 1 可 计 算出 内 部 检 验电 容c c u c j u 一 1 1 式中 u 接电容器盒子时的输入信号幅度 v u q 转 接 至 前 置 放 大 器 检 验 输 人 后 的 输 入 1 7 号 幅 度 v 建议内部检验电容采用零温度系数电容 6 5 前置放大器噪声的测量 测量电 荷灵敏前置放大器的噪声 有a c电压表法 和多道分析器法 6 5 1 要求与说明 6 5 1 1 在测量 之前 要选用包含有 准高斯成形网 路的 放大器 且要消 除基线 恢复 器造成的噪声抑制 选定 cz 并调整好p z网络 6 5 1 2 要减少外部噪声干扰到最小 6 5 1 3 对于同 非倍增探测器 如屏栅电 离室 锗探测器和硅探测器 一起使用的前置放大器 噪声值 用e v或k e v为 单位的f wh m值表示 并注明 对何种探测器而言 g b r 4 0 7 9 一9 4 6 5 门 4 对于倍增探测器 如闪烁探测器和正比计数器 其噪声是以等效库仑为单位的r m s 值表示 在有些情况下 也有用等效离子对数为单位的r m 值表示 6 5 1 5 要给出探测器零 或最小 电容下的噪声和噪声斜率值 6 5 2 ac电压表法 6 5 2 门测量方块图见图1 6 5 2 2 置c 于预测范围的一端 调节脉冲产生器的输出幅度 使 以 为毫伏量级并测定它 c 为已 知 则以 c 为输入的已知电荷量 单位为ca 6 5 2 3 调节主放大器增益 使它的输出脉冲u 为伏量级并测定它 单位为 vo 6 5 2 4 关闭脉冲产生器 若拆掉脉冲产生器 终接电阻必须在电容器盒子的输入端处 以防外部干 扰 6 5 2 5 建议用正弦有效值电压表记录下e 单位为v 6 5 2 6 把上 面的有关量的数 值代入公式 1 2 即可得到前 置放大器在c 一端处的噪 声谱线宽度 f w hm 1 1 2 8 x 2 3 5 5 um c 4 uo e 1 2 式中 1 1 2 8 正弦有 效值转换为 m s 值的 转换因子 2 3 5 5 r m s 值转换为f wh m值的转换因子 q 一 1 6 0 2 x 1 0 c e 对g e 2 9 7 e v 电子一 空穴对 对s i 3 6 3 e v 电子一 空穴对 u 放大器输出脉冲幅度 v 6 5 2 7 改变c 重复上面实验 可得到前置放大器噪声与 c的关系 6 5 2 8 注意事项 当改变c 做上面一系列噪声测量时 脉冲产生器的位置 主放大器输出脉冲的r2 及其幅度应 保持不 变 可以用 改变主放 大器的增益使 输出 脉冲的幅度不变 b 将 6 5 2中测得的有关量数值代入下面公式 1 3 或 1 4 即可得到用等效输入噪声电荷或等 效离子对数表示的前置放大器的噪声 q i 1 1 2 8 x u c uo 1 3 n 1 1 2 8 x u c 9 uo 式中 q 等效输入噪声电 荷 c n 等效离子对数 u 前置放大器输入脉冲幅度 v c 连接脉冲发生器至前置放大器的检验电容 p f u o 放大器输出脉冲幅度 v 9 一 电 子电 量q 1 6 0 2 x 1 0 c a 与硅探测器连用 的和与锗 探测 器连用的前置放大 器噪声的测量 方法和步骤完全相同 只 是代 入公式 1 2 中的 值不同而已 d 若用真正r m s 电压表测得的 公式 1 2 1 3 1 4 可以不乘1 1 2 8 系数 6 5 3 多道分析器法 用多 道分析器法测量 前置放大器的噪 声有两种方法 两种 方法的 测量装置见图s gb t 40 79 一 9 4 图 9 多道分析器法测量前置放大器噪声的装置图 6 5 3 1 方法一的测量步骤 a 在前置放大器的输入端处装上适当的探测器 并加上偏压 用一个合适的多能放射源辐照探测 器 使其在分析器上显示两个已知能量的谱峰 用两峰能量除以两个峰中心之间的道数 即可得到分析 器此时的每道能量数 分析器标定好后 系统增益要保持不变 b 去掉放射源和探测器 在前置放大器输入端接上电容器盒子并置 c 于预测范围的一端 开启脉冲产生器 把电荷注入前置放大器 在分析器上累积得到此 c 值下的脉冲产生器的峰 测得此峰的 f wh m道数 用它乘以标定 c止 好的每道能量 即可得到以能量为单位的某c 值下的前置放大器噪声 e 改变 c 值 重复 6 5 3 1中的d步骤 即可得到前置放大器噪声与c t 的关系 f 由上面结果可给出c 等于零 或 最小 时的 前置放大器噪声及噪声的 斜率值 并注明 测量时主 放大器输出脉冲的t i 值 6 5 3 2 方法二的测量步骤 a在前置放大器的输入端处装上适