核电子学习题解答e

核电子学习题解答核电子学习题解答 第一第一章章第二第二章章 第第三三章章第第四四章章 第第五五章章第第六六章章 第一章第一章 1 1 核电子学与一般电子学的不同在哪里 以核探测器输出信 号的特点来说明 在核辐射测量中 最基本的特点是它的统计特性 非周期性 非等值性 核电子学分析这种信号 经处理得到有用的信息 1 4 当探测器输出等效电流源时 求此电流脉冲在 0 t o i tI e 探测器输出回路上的输出波形并讨论 R0C0 的情况 V0 s I0 s R0 1 sc I0 1 s 1 R0 1 sc0 R0 1 sc0 I0 c0 1 s 1 s 1 R0 c0 00 00 0 00 1 t t R C I R V tee R C 00 00 00 t t R C I R ee R C 当 R0 c0 时 R0 c0 00 000 t t R C V tI Ree 1 5 如图 设 求输出电压 V t 0 T i t 0tT tT 111 Ts Ts QQe I se TssTs 11 1 H s c s 111 11 Ts Ts QeQQ V se cTscTcT ss t T t QQQ V ts ts tees t cTcTcT 1 6 表示系统的噪声性能有哪几种方法 各有什么意义 输入端的 噪声电压是否就是等效噪声电压 为什么 ENV ENC ENN ENE FWHM NE 不是 1 7 设探测器反向漏电流 ID 10 8A 后级电路频宽为 1MHz 计算散 粒噪声相应的方根值和相对于 ID的比值 211 25 66 10AD D diIe df 2 3 5 66 10 D D di I 1 8 试计算常温下 设 T 300K 5M 电阻上相应的均方根噪声电 压值 同样设频宽为 1MHz 并与 1MHz 能量在 20pF 电容上的输 出幅值作比较 22 225 4 2 88 10 V kT dvdiRdf R R 2 1 2 ECV 2 0 126VVE C 1 9 求单个矩形脉冲 f t 通过低通滤波器 RC T RC 5T 及 RC T 5 时的波形及频谱 2 0 2 0 1 1 t TRC T RCt TRC V te ee 2 2 2 2 tT TtT tT 1 10 电路中 若输入电压信号 Vi t t 求输出电压信号 V0 t 并画出波形图 其中 A 1 为隔离用 U t 2 1 1 11 1 o Rs sc V s RC RR s scsc sc 由 得 2 1 t s t e s 0 1 1 t RC t V te RCRC 1 12 设一系统的噪声功率谱密度为 当此 2222 i Sabc 噪声通过下图电路后 求 A 点与 B 点的噪声功率谱密度与噪声均方 值 对 A 点 1 1 j RC h j RC 1 2 1 RC h RC 2222222 2 1 22 1 Ai abc SSh 噪声均方值 2 2 11 1 2 i VohSd 2222222 22 1 21 abc d 对 B 点 2222222 22 1 i abc S 2 2 1 1 h RC 2222222 2 2 22 2 1 1 1 Bi abc SSh 2222222 2 22 1 abc 噪声均方值 2 2 22 1 2 i VohSd 2222222 2 22 1 2 1 abc d 第二章第二章 2 1 电荷灵敏前置放大器比电压灵敏前置放大器有什么优点 为什 么把反馈电容称为积分电容 作用是什么 优点 VOM稳定性高 能用高能量分辨能谱系统 Cf起积分作用 当 A 很大时 1 i fifi CCA CC 2 2 试对下图典型的电荷灵敏前置放大器电路在输入冲击电流 I t Q t 时 1234 A B C D 4321 D C B A Title NumberRevisionSize A4 Date 12 Jun 2002Sheet of File C My Documents ddb Drawn By Rf Cf A1 V Vo o t t i t 1 求 Vo t 的一般表达式 2 当 Cf 1pF Rf 109 时 画出大致波形并与 Rf 时作比较 1 11 1 Of ff ff Q VsQ R sCC s R C ff t R C O f Q Vte C 2 RfCf 109 10 12 10 3 S 2 4 一个低噪声场效应管放大器 输入等效电容 Ci 10pF 输入电阻 Ri 1M 栅极电流 IG 0 1 A 跨导 gm 1mA V Cgs Cc 放大器 频带 f 10MHz T 290K 1 f 噪声可忽略 求输入端等效噪声 输入电阻热噪声 2 4 Ri kT didf Ri Ig 噪声 2 2 g Ig dieI df 沟道热噪声 2 8 3 T m kT dVdf g 2 2222 ig nRiIiT dididiCdV V t Q Cf t 10 3 248 2 3 gi m kTkT dfeI dfCdf Rig 2 6 分析快电荷灵敏前置放大器 1 画出简化框图 2 分别计算电荷和能量变换增益 3 6ev 电子空穴对 e 1 6 10 19库仑 3 估算电路的开环增益 gm 5mA V A3 0 98 4 估算该前放的上升时间 Ca 5pF Ci 5pF 2 ACQ 1 Cf 1 1012 V C ACE e Cf 44 4 mv Mev 3 A0 gmR6 1 A3 3000 4 tr0 2 2RaCa 1 A0F0 2 2Ca Ci Cf gmCf 13 2 ns 2 7 讨论电荷灵敏 电压灵敏 电流灵敏三种前置放大器的特性 各适于哪方面的应用 为什么 电流灵敏前放输出快 对输出电流信号直接放大 常用作快放大器 但相对噪 声较大 主要适用于时间测量系统 电荷灵敏前放和电压灵敏前放用于能谱测 量系统 电荷灵敏前放比电压灵敏前放输出电压稳定性高 可用在能量分辨率 较高的系统 第三章第三章 3 1 试论述放大器在核物理实验中的作用 对各个性能指标应如何 协调考虑 放大器在核物理实验中主要有放大和成形作用 且必须保持探测器输出的有用 信息 对各个性能指标应从能量测量和时间测量分别考虑 3 2 谱仪放大器的幅度过载特性含义是什么 计数率过载含义是什 么 二者引起的后果有何区别 幅度过载 信号超出线性范围很大时 放大器一段时间不能正常工作 后果 不能工作的死时间存在 计数率 放大器中由于计数率过高引起脉冲幅度分布畸变 后果 峰偏移和展宽 3 3 试说明能否通过反馈来减少干扰和噪声对放大器的影响 用什 么方法可以减少干扰和噪声对放大器的影响 不能 用同向接法 用双芯同轴电缆把信号送到差分放大器 3 4 试分析和讨论下面两个谱仪放大节电路 指出在电路中采取了 什么措施 目的是什么 1234 A B C D 4321 D C B A Title NumberRevisionSize A4 Date 11 Jun 2002Sheet of File C My Documents ddb Drawn By Q1 Q2 Q3 Q4 2K 51030u 20K 0 01u 5 1K1 5K 24 18V Vi t 24 6 2k 3 6k 24 50 9 1k 30u0 01u 10u Vo t 18V 0 01u30u a T1 共射极放大 T3 T4 两级共集电极放大 恒流源作负载 10 自举电容 电压并联负反馈 b T1 共基 T2 共射 T3 共集 T4 T5 互补复合跟随器 1 自举电容 电压并联负反馈 3 5 极零相消电路和微分电路有什么区别 如何协调图示的参数 使它能达到极零相消的目的 不同之处 极零相消使时间常数变小 指数衰减信号通过微分电路会产生下冲 1 1 i V s s 2 2 12 12 1 1 1 1 R s sc H s ss RR sc 故 22 12 12 22 1 111 111 1 O s s Vs ss sss 极 零 相消 即与相消 所以当 2时满足 即 R2C 1 s 2 1 s 3 6 有源积分滤波器与无源积分滤波器相比有什么优点 门控积分 滤波器有什么特点 优点 有源滤波器更接近于理想的微分和积分特性 把放大和滤波成形连在一 起 既节省元件 又比无源滤波器级数少 效果好 门控有源积分器输出平顶波波形 对减少弹道亏损很有利 信噪比相对较好 3 7 试说明核信号通过图示的滤波成型电路后得到什么 失去什么 画出图形 得到能量信息 失去了时间信息 极零相消 两次无源积分 加两次有源积分 3 8 说明弹道亏损的原因 输入电流的脉冲宽度有限时 在信号的宽度内 电容 C 被充电 且通过 R 放电 故产生弹道亏损 3 9 什么是信号的峰堆积和尾堆积 对输出信号的幅度产生什么影 响 引起什么样的谱形畸变 其它信号尾部或峰部影响信号峰值 影响 增加幅度 引起峰值右移 出现假 峰 3 10 说明基线起伏的原因 并分析 CCD 基线恢复器的工作原理 输入图示波形 画出输出波形 脉冲通过 CR 网络时 由于电容器上的电荷在放电时间内 未能把充电的电荷 放光 下一个脉冲到达时 电容器上的剩余电荷将引起这个新出现的脉冲的基 线偏移 输出波形趋势线 3 11 门控基线恢复器有什么特点 并联型的和串联型的有什么区别 门控基线恢复器消除了单极性脉冲信号产生的下击信号 改善了恢复器对小间 隔信号的非线性 因此有很高的计数率特性 不同 记忆电容 C 串联或并联于信号通道之中 3 12 高能量分辨率和高计数率谱仪放大器是如何来消除峰堆积现象 的 加入堆积拒绝电路是否可以使谱仪放大器的计数率提高很多 为什么 加入堆积拒绝电路来消除 不能使计数率提高很多 但能保证谱型更加明显 是以牺牲计数率为代价的 3 13 快电压放大器和快电流放大器各有什么特点 他们和谱仪放大 器相比有什么不同 快电压放大器放大速度比快电流放大器要慢一些 但从稳定性来讲要好一些 信号匹配方式为并联 快电流放大器的分布电容的影响较小 放大速度可以很快 信号匹配为串联 快放大器与谱仪放大器并无原则差别 只是在指标上有所不同 3 14 试分析图示的快放大节电路特点 1234 A B C D 4321 D C B A Title NumberRevisionSize A4 Date 12 Jun 2002Sheet of File C My Documents ddb Drawn By T1 T2 T3 50 1K 47 C2 0 8 8 Vi 500 Ec C 510 C10 8 8 Ec Vo T1 为共射极放大 有射极电阻 T2 T3 为共集电极射极跟随器 C 为自举电容 C1 相位补偿 3 15 使用电阻式弱电流放大器要注意些什么问题 缩短测量时间可以减小零点偏移引起的误差 但是测量时间的减小和灵敏度的 提高互相制约 当放大器与信号源用屏蔽电缆连接时 由于电缆电容较大 测 量时间就会变得很长 第四章第四章 4 1 在图 4 1 3 的集成电路脉冲幅度甄别器中 若 VH 0V VL 2 6V R2 510 R3 5 1 R4 100 求滞后电压 42 342 42 HYHL RR VVVmV RRR 4 2 在图 4 2 8 参考电压运算器中 若 VT 5 00V VW 0 50V 求非 对称和对称时的上阈电平 下阈电平 道宽及道中心 非对称 非对称 1 2 75V 2 UTW VVV 1 2 5V 2 LT VV 道宽 1 0 25V 2 ULW VVV 道中心 1 2 625V 2 UL VV 对称 对称 1 2 75V 2 UTW VVV 1 2 25V 2 LTW VVV 道宽0 5V ULW VVV 道中心 1 2 5V 2 UL VV 4 3 在一个线性放电型模数变换器中 若保持电容 CH 1500pF 恒 定电流 I 100 A 时钟频率 2MHz 若输入信号幅度为 5 00V 1 求出该模数变换器的道数 m 道宽和变换系数 2 若时钟频率为 100MHz 其它参量不变 求道数 道宽和变换 系数及输出 m T0 1 F 1 00 150 H C Vt m TIT 0 33 3mV H IT H C 道 0 30V H C P IT 道 2 同理 代入 F 100mHZ m 7500 H 0 667mV 道 P 1500 道 V 4 7 下图是一个实际的模拟展宽器的原理电路图 试画出各点波形 1234 A B C D 4321 D C B A Title NumberRevisionSize A4 Date 12 Jun 2002Sheet of File C My Documents ddb Drawn By A1 A2 D CHT Vo t Vi t VF V V1 1 t t V Vc c t t 4 10 脉冲幅度甄别器的功能是什么 脉冲幅度甄别器是将输入模拟脉冲转换成数字逻辑脉冲输出的一种装置 理想 的脉冲幅度甄别器具有以下功能 当一个输入脉冲的幅度超过一定的阈电平时 则输出一个数字脉冲 而与输入 脉冲的幅度 上升时间 宽度等参数无关 若输入脉冲的幅度低于给定的阈电 平则无输入脉冲 4 11 简述用集成电路比较器构成的脉冲幅度甄别器的工作原理 集成电路脉冲幅度甄别器由电压比较器接成交流耦合施密特电路而构成 脉冲 信号接到电压比较器的反向输入端 而同向端加上阈电平 VT 比较器的输出 信号经过电容反馈到同相端 为正反馈连接方式 平时 甄别器输出处于高电平 当输入信号的幅度超过与阈电平时 甄别器触 发 输出电压跳变 从高电平到低电平 幅度为两者之差 4 12 脉冲幅度甄别器的主要指标是什么 主要指标 1 输入灵敏度 2 稳定性 3 涨落或阈模糊区 4 输出脉冲的幅度 宽度 5 甄别阈范围 6 速度 响应和恢复的快慢 4 13 通常如何解决单道分析器中的定时误差问题 最直接的办法是 延迟下甄别器的输出脉冲 再拉宽上甄别器的输出脉冲 从而使得作为反符合 信号的 Vu 可完全禁止下甄别器的 Vl 输出 4 14 试画出单道脉冲幅度分析器的一种结构方框图 说明原理 4 15 单道分析器的主要指标是什么 单道主要指标 1 动态范围 2 线性 3 八小时稳定性 4 温度系数 5 双脉冲分辨时间 6 最高计数率 7 输入脉冲要求 8 输出脉冲为正极性 4 16 单道分析器的主要用途有哪些 单道脉冲幅度分析器每测一个能谱需逐点改变阈值 费时费力 误差大 但结 构简单 价格便宜 可以选择感兴趣的幅度范围或选一定的能量范围信号作为校正信号 仍有广泛 的应用 4 18 什么是 ADC 的道宽 什么是 ADC 的变换系数 它们之间有什 么关系 道宽 单位道数之间的电压幅度 变换系数 单位幅度可变换成的道数 二者成倒数关系 4 26 线性放电型 ADC 和逐次比较型 ADC 各有什么优缺点 线性放电型 电路简单 道宽一致性好 便于生产 但变换时间较大 而且随 着道数的增多 变换时间也会增加 逐次比较型 变换速度快 易于生产 功耗低 价格低 但道宽一致性较差 4 28 什么是 ADC 的零道阈或偏置 有何实际意义 偏置或零道阈是指模数变换器的零道所对应的输入信号幅度 引入偏置一方面 可以节省存储区 另一方面可以把感兴趣的幅度谱扩大到最大道数范围进行测 量 从而提高分辨率 4 29 ADC 的积分非线性和微分非线性是如何定义的 积分非线性 max max 100 pi A INL A 微分非线性 max 100 i hH DNL H 第五章第五章 5 1 前沿定时中 若输入信号前沿为线性变化 达峰时间 tM 2 0ns 最大幅度 VM 10V 阈值 VT 0 1V 求输入信号幅度从 0 1V 变到 10V 时的定时误差 1 1 2 T LM M V ttns V 2 2 0 02 T LM M V ttns V 1212LL ttt 21 12 12 1 98 MM T M MM VV tV tns V V 5 3 前沿定时中 设输入信号前沿线性增长 上升时间 1 0ns 阈值 约 0 1V 输入信号上升时间变化为 0 2ns 幅度从 0 1V 变到 10V 求前沿定时误差 maxmin minmax 1 20 8 0 11 192 0 110 MM T ii tt tVns VV 5 4 前沿定时中 设输入信号为 阈值为 VT 11 1 t v tVe 1 如果输入信号幅度从 V1min变到 V1max 而时间常数 不变 求前沿定时的定时误差 2 如果输入信号幅度 V1不变 而时间常数从 min变到 max 求前沿定时的定时误差 3 如果输入信号的幅度和时间常数同时如 1 2 中的变化 求前沿定时的定时误差 1 1max1min 1 1max1min VV tV VV 2 maxmin 1 T V t V 3 maxmin 1min1max T tV VV 5 7 设起停型时幅变换器的充电电容 C 为 200pF 充电电流 I 10mA 求起始信号和停止信号之间的时间间隔为 50ns 时 时幅 变换器的输出幅度为多少伏 t 50ns Vo t I C t 5 V 5 9 一个起停型时幅变换器 恒定电流的最大值为 8mA 最小充电 电容为 100pF 最小输出幅度为 0 1V 求这个时幅变换器能测量的 最小时间间隔为多少 Vo t I C t min 1 25 C Vt tns I 5 11 由起停型时幅变换器和多道脉冲幅度分析器组成一个时间多道 分析器 时幅变换器中恒定电流 I 为 1mA 变换电容 C 为 100pF 多道脉冲幅度分析器道数为 1000 道 最大分析范围为 10V 求这个 时间多道分析器能测量的最小时间间隔是多少 Vmin t 10 1000 0 01 V min 1 C Vt tns I 第六章第六章 6 1 设有六级十进制计数单元构成定标器的计数电路 当输入信号 计数率 n 105 s 时 第一级十进制单元的计数率损失 1 1 求 1 输入计数率 n 106 s 时的 1值 2 若第六级十进制计数单元最高计数率 f6max 105Hz 该机的计数 损失 6为多少 1 1 h n 75 1 1010 1 maxmax 10 1 nf 6 0 1 6 2 线性率表如下图所示 在计数率 n 105 s 时 输出电压相对统计 偏差 v Vo为 10 C1 200pF R 50k C 0 02 F 若 n 减小为 102 s 要求保持输出电压值和相对统计偏差不变 R 值也不变 求 出 C1和 C 的数值 2 o v V RCn 1oi VnRCV 由于 v Vo保持不变 n 从 105 s 减小为 102 s C 0 02 F 100 20 F C1 0 2 F 6 3 试说明多道分析器三种基本数据获取方式的特点 画出 PHA MCS 方式简单的工作流程图 1 PHA 图 6 2 6 指定道址内容加 1 2 MCS 图 6 2 13 按时间顺序测量各段时间间隔内的计数 依次把测量结果存入各个道的存储 单元内 如同多个定标器在各段时间内进行计数测量 3 LIST 幅度 时间 波形记录 6 5 一个 8192 道分析器 每道最大计数容量为 106 用每片存储容 量 4k 8 位存储器芯片构成多道分析器的数据存储器 问至少需要 多少片 它需要多少根地址线 6 8192 10 250000 4 1024 8 片 6