2025 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/T4079—2025

目次

前言

…………………………Ⅲ

范围

1………………………1

规范性引用文件

2…………………………1

术语和定义

3………………1

符号

4………………………4

测试条件

5…………………4

主放大器的主要参数的测试方法

6………………………7

前置放大器主要参数的测试方法

7………………………13

参考文献

……………………18

Ⅰ

GB/T4079—2025

前言

本文件按照标准化工作导则第部分标准化文件的结构和起草规则的规定

GB/T1.1—2020《1:》

起草

。

本文件代替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

GB/T4079—1994《

法与相比除结构调整和编辑性改动外主要技术变化如下

》,GB/T4079—1994,,:

增加了符号见第章

———(4);

增加了试验环境要求见

———(5.1);

更改了终接电阻的描述见年版的

———(5.2,19944.1);

删除了衰减器稳定性和精度的要求见年版的

———(19944.3);

删除了脉冲产生器对示波器的校准多道分析器见年版的

———,(19944.9、4.10);

删除了成形时间单位见年版的

———(19945.1.1);

更改了脉冲成形主要参数的测量见年版的

———(6.2,19945.2);

更改了积分非线性测量方法见年版的

———(6.7,19945.6);

删除了市电电压变化的影响见年版的

———(19945.7.2);

更改了单极性脉冲的过载恢复时间的测试方法见年版的

———(6.10.2,19945.8.1);

删除了内部检验电容C的测量见年版的

———c,int(19946.4);

更改了正弦有限值电压表为全波真均方根电压表并修改相关公式见年版的

———,(7.5.2,1994

6.5.2);

删除了前置放大器微分非线性测量见年版的

———(19946.6)。

请注意本文件的某些内容可能涉及专利本文件的发布机构不承担识别专利的责任

。。

本文件由全国核仪器仪表标准化技术委员会提出并归口

(SAC/TC30)。

本文件起草单位中核控制系统工程有限公司中国核动力研究设计院中国核电工程有限公司

:、、、

清华大学成都理工大学中核国电漳州能源有限公司中国原子能科学研究院华龙国际核电技术有

、、、、

限公司中核战略规划研究总院有限公司中核矿业科技集团有限公司

、、。

本文件主要起草人刘刃张志雄曹迎锋杨康苏家豪刘海林王晓琼邢尚鹏蔡雯宫辉曾国强

:、、、、、、、、、、、

吴耀王凯王立李进彭锦秋陆炜伟连鑫炜刘洋孙元君刘依杭李晗王攀

、、、、、、、、、、、。

本文件及其所代替文件的历次版本发布情况为

:

年首次发布为年第一次修订

———1983GB/T4079—1983,1994;

本次为第二次修订

———。

Ⅲ

GB/T4079—2025

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

1范围

本文件描述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

()。

本文件适用于半导体探测器气体脉冲电离室正比计数管用的主放大器和电荷灵敏前置放大

、、

器以及闪烁探测器用的模拟主放大器

,。

2规范性引用文件

下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款其中注日期的引用文

。,

件仅该日期对应的版本适用于本文件不注日期的引用文件其最新版本包括所有的修改单适用于

,;,()

本文件

。

核仪器环境条件与试验方法

GB/T8993

3术语和定义

下列术语和定义适用于本文件

。

31

.

电荷灵敏前置放大器charge-sensitivepreamplifier

其输岀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

,。

来源

[:GB/T4960.6—2008,3.1.25]

32

.

主放大器mainamplifiershapingamplifier

;

谱仪放大器spectrumamplifier

()

用于幅度谱测量的线脉冲放大器

。

注主放大器又称成形放大器它通常具有脉冲成形抗堆积基线恢复等功能并有足够好的稳定性和合适的谱

:。、、,

响应宽度

。

来源有修改

[:GB/T4960.6—2008,3.1.27,]

33

.

电荷灵敏度chargesensitivity

电荷灵敏前置放大器的输岀电压与输入电荷之比

。

34

.

探测器电容capacitanceofdetector

在指定的偏压下探测器的极间电容

,。

35

.

矩形脉冲rectangularpulse

阶跃时间远小于顶部持续时间的平顶脉冲

。

1

GB/T4079—2025

36

.

尾脉冲tailpulse

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

,。

37

.

微分器differentiator

由电容和电阻组成的高通网络其输出信号正比于输入信号的数学微分

,。

38

.

准高斯quasi-Gaussian

近似于正态分布的信号形状

。

注除另有说明外在本文件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

:,()。

39

.

成形网络shapingnetwork

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

()()。

注成形网络通过减小前置放大器输岀脉冲的宽度来提高它的时间分辨能力和信号噪声比

:。

310

.

测量装置的上升时间risetimeofameasuringassembly

()()

对于一个阶跃响应输出信号达到其最终值与初始稳态值之差所规定的一个很小百分值时与其第

,

一次达到同一差值所规定的一个很大百分值所持续的时间间隔

。

注通常规定值是或

:5%~95%10%~90%。

来源

[:GB/T4960.6—2008,3.2.23]

311

.

成形脉冲的达峰时间peakingtimeofashapedpulse

()()

单极脉冲由前沿幅度点至峰中心线之间的时间间隔

1%。

312

.

脉冲宽度pulsewidth

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

。

注又称为成形时间标志t

:,1/2。

313

.

极零相消pole-zerocancellation

在单极性脉冲的脉冲成形网络中为防止上冲或下冲而采用的电路技术

RC。

来源

[:GB/T4960.6—2008,3.2.36]

314

.

放大器的增益gainofanamplifier

放大器输出脉冲幅度与输入脉冲幅度之比

。

315

.

线性放大器输入等效噪声equivalentnoisereferredtoinputofalinearamplifier

()()

输入端的噪声值它能在输出端产生与实际噪声源所产生的相同的噪声值

,。

来源

[:GB/T4960.6—2008,3.2.50]

316

.

噪声转换增益noisetransitiongain

主放大器中的一个增益值

。

注低于该增益值时输岀噪声几乎与增益无关高于该增益值时输岀噪声几乎与增益成正比

:,;,。

2

GB/T4079—2025

317

.

动态范围dynamicrange

最大可测量指示信号量与最小可测量指示信号量的商

。

注在某些情况下动态范围用上述相应值的一个区间表示

:,。

来源

[:GB/T4960.6—2008,3.4.21]

318

.

测量装置的积分非线性integralnonlinearityofmeasuringassembly

()()

线性相应的偏差除以最大额度的输出脉冲幅度

(1)。

道数与脉冲幅度之间线性关系的偏差除以多道脉冲幅度分析器的最大道数

(2)。

注以百分数表示

:。

来源有修改

[:GB/T4960.6—2008,3.2.42,]

319

.

测量装置的微分非线性differentialnonlinearityofmeasuringassembly

()()

输出和输入关系曲线的斜率对参考直线的斜率的最大偏差

(1)。

多道分析器中单个道宽均匀性的涨落

(2)。

注以百分数表示

:。

来源有修改

[:GB/T4960.6—2008,3.2.41,]

320

.

双极性脉冲bipolarpulse

在基线两边各有一个凸起的脉冲

。

321

.

基线baseline

电平的平均值

。

注在无重叠脉冲情况下脉冲偏离此电平然后又回到此电平

:,,。

322

.

基线恢复器baselinerestorerBLR

;

在放大器输岀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

(),。

323

.

偏移offset

直流偏离于所规定的电压或电流电平

()。

注除另有说明外此电平是基线

:,。

324

.

辐射能谱仪的能量分辨力energyresolutionofaradiationspectrometer

()()

辐射谱仪能分辨的两个粒子能量之间的最小差值

。

注通常情况下能量分辨率用一个因子表示该因子是在单能粒子分布曲线峰的半高宽能量除以峰位的能量

:,()。

来源

[:GB/T4960.6—2008,3.2.26]

325

.

分辨时间resolvingtime

相继岀现且仍能被分辨的两个脉冲之间经历的最小时间间隔

。

来源

[:GB/T4960.6—2008,3.2.20]

326

.

终接电阻terminatingresistor

跨接在放大器或信号产生器输出端的电阻

。

注终接电阻的目的是消除信号在这些端处的反射

:。

3

GB/T4079—2025

327

.

特性阻抗characteristicimpedance

一个网络例如一同轴电缆或一衰减器的内阻阻抗

()()。

注当用与该阻抗相同的电阻终接时能避免信号的反射且输出信号减半

:,。

328

.

晃动walk

放大器中脉冲高度的变化引起过零时间的改变

。

329

.

半高宽fullwidthathalfmaximumFWHM

;

在单峰构成的分布曲线上峰值一半处曲线上两点的横坐标间的距离

,。

来源

[:GB/T4960.6—2008,3.2.27]

4符号

下列符号适用于本文件

。

t相继岀现且仍能被分辨的两个脉冲之间应经历的最小时间间隔

0.01:。

t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单位为微秒

1/2:,(μs)。

t从第一个半周峰高的处到它的峰中心处所测得的双极性脉冲的达峰时间单位为微秒

p1:1%,(μs)。

t从第一个半周峰高的处到第二个峰中心处所测得的双极性脉冲的达峰时间单位为微秒

p2:1%,(μs)。

t双极性脉冲的穿过时间单位为微秒

x0:,(μs)。

5测试条件

51测试环境条件

.

本文件涉及的设备在改变影响量条件下进行校准和试验的参考条件和标准试验条件应符合

,

的要求

GB/T8993。

52测试原理图

.

放大器一般参数的测试原理图见图脉冲产生器和放大器的终接电阻R通常都采用电缆

1。050Ω,

的选择应与R的阻抗相匹配

0。

4

GB/T4079—2025

注图中虚线表示电缆连接的改变此装置用来测量所有的参数包括晃动和电荷灵敏前置放大器的非线性测量

:。,。

测量主放大器时不使用前置放大器和电容器盒子

,。

图1测试原理图

53测试设备要求

.

531脉冲产生器

..

5311脉冲产生器基本要求

...

脉冲产生器最大输出幅度U大于或等于且输岀脉冲的幅度能以最小间隔来调节

p10V,10mV。

除另有说明外均采用U等于不同的U或调节方法只能影响测量中的某些细节不会影响

,p10V。p,

整个测量方法

。

脉冲产生器至少有两个输岀一个是直接输出一个是衰减输出每个输岀均有各自的后部终接电

,,,

阻并且有相同的内阻rr为或更小同时还应有一个触发示波器扫描用的输岀

,0(00.5Ω),。

脉冲产生器的工作频率可以是电源频率或其他频率用其他频率工作时可以检验系统中的交流声

,

干扰

。

5312检验前置放大器的脉冲产生器

...

一般使用脉冲上升时间t小于或等于的平顶脉冲的脉冲产生器也可用t小于或等于

r1ns。r5ns

的水银继电器尾脉冲产生器做除检验电荷灵敏前置放大器的指数衰减的性能外的所有检验

。

一般情况下脉冲产生器的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连接

,rr。

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t应不大于探测器或前置放大器系统最

,,r

短t的当检验同闪烁探测器连接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

r1/3。,rr,

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探测器的t相匹配

rr,,r。

脉冲产生器的下降时间要快于前置放大器的下降时间

。

5313检验主放大器的脉冲产生器

...

检验过载或极零相消工作时应使用尾脉冲检验其他项目时用矩形脉冲产生器也可用尾脉冲产

,;,,

生器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入一个电容即可

。,。

532衰减器

..

衰减器可以是脉冲产生器的一部分也可以在外部连接在脉冲产生器输出后端衰减器各档宜与

,。,

5

GB/T4079—2025

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

。,

后引起的误差应不超过该档输出信号的

1%。

533电容器盒子

..

图给岀了电容器盒子的线路图电容器盒子包含检验电容C和一组用开关转换的并联电容C

1。ct。

检验电容C是误差小于或等于的已知电容并联电容C应能完全覆盖前置放大器所要求的输入

c1%。t

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

。c,c。

并联电容应使用温度系数小低损耗绝缘物质构成的电容例如石英聚苯乙烯或聚碳酸酯低损耗

,,、、

陶瓷等开关和连接器的绝缘体也应是低损耗材料

。。

534检验前置放大器的主放大器

..

主放大器增益通常在倍倍之间最大线性输岀幅度U为若U不为测试程

2~3000,m10V,m10V,

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采用单极脉冲成形时间标

,。

志t可便于对不同成形网络的放大器进行能量分辨力的比较

1/2。

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同时还应消

,。1/2,

除对噪声测量的影响

BLR。

535AC电压表

..

此电压表应具有有效值响应或全波真均方根响应波峰系数不小于测量精度应优于在具

,4,1%。

有4成形的放大器中串联噪声按公式计算并联噪声按公式计算

CR-(RC),(1),(2)。

b×t.δ

1/2≥38/…………(1)

b×t.δ

1/2≥16/…………(2)

式中

:

b电压表的带宽单位为赫兹

———AC3dB,(Hz);

t成形时间标志单位为秒

1/2———,(s);

δ电压表允许误差

———,%。

536示波器

..

示波器应具有直流耦合输入而且它的上升时间应小于被测量最短t的为测量晃动其扫描

,r1/3。,

速度应同被测量的晃动相匹配

。

537非线性桥

..

非线性桥由二个串联电阻组成通常每个电阻为它们之中的一个连至被检验的放大器而另

,1kΩ,,

一个接至脉冲产生器见图中非线性桥的方框部分如果这两个信号极性相反幅度相等则在峰处

,1。,,

为零见图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岀零状态不改

(2)。,,,

变如果放大器具有非线性零状态就会改変

。,。

6

GB/T4079—2025

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应倒相如果放大器或前置放大器不具备倒相就应在一

,。,

路中加入倒相器

。

示波器要注意防过载

。

6主放大器的主要参数的测试方法

61主放大器的主要参数

.

主放大器的主要参数有脉冲成形参数增益极零相消范围噪声积分非线性增益的稳定性过载

、、、、、、

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宜使用矩形脉冲产生器

;,。

62脉冲成形参数

.

621主放大器成型参数

..

图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ttttt如

3。1/2、p1、p2、x0、0.01,

图所示

3。

a单极性脉冲波形图b双极性脉冲波形图

))

图3单极性和双极性脉冲

7

GB/T4079—2025

622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t表示若用其他脉冲成形参数或以准三角形单极性脉冲的

1/2。

t表示应在测量结果中加以说明

1/2,。

623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使单极性脉冲变为双极性脉冲它

,。。

的第一个半周略宽于原单极性脉冲的t该脉冲宽度应加以说明

1/2。。

63脉冲成形主要参数的测量

.

测量步骤如下

:

断开首先测量单极性脉冲

a)BLR,;

调节极零相消电位器使输出脉冲完全消除下冲

b),;

调节脉冲幅度测出ttt

c),1/2、p、0.01;

用同样方法可测岀双极性脉冲的ttttt

d)1/2、p1、p2、x0、0.01。

64增益测量

.

641测量要求

..

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

,,

和双极输出时的增益应相等否则应加以说明

,。

642粗增益测量方法

..

具体操作如下

:

主放大器的粗增益置于最大

a);

用已知幅度的脉冲输入到主放大器并保证主放大器输岀不饱和

b),;

用示波器测量其输岀脉冲幅度

c);

计算主放大器增益

d);

对每一个粗增益档重复上述步骤

e)。

643细增益测量方法如下

..

具体操作如下

。

粗增益放在任意档

a)。

将细增益置于最小用示波器测出主放大器输出幅度

b),。

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他条件

c),(,

不变

)。

若细增益的覆盖范围是则细增益为最大时的输岀幅度是细增益为最小时的倍给岀

d)3∶1,3。

测量结果时应说明细增益的精度

,。

65极零相消范围的测量

.

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

,。:

调节主放大器极零相消到指定位置

a);

将主放大器成形时间从小到大调节

b);

8

GB/T4079—2025

用衰减时间常数可调的脉冲产生器输入至主放大器用示波器观察其输出脉冲

c),;

改变脉冲产生器的衰减时间找到此时间常数下极零网络最佳补偿的衰减时间最大值

d),,;

改变主放大器成形时间重复

e),6.5d);

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

f),

极零相消下限

。

66噪声测量

.

661不同增益下的噪声

..

测量噪声时时间常数宜选用连接主放大器输出至电压表将主放大器增益置于最大其

,2μs,AC,,

输入端通过与前置放大器输出阻抗相等的屏蔽终端阻抗接地所用前置放大器的输岀阻抗不明时主放

(,

大器应在输入端用屏蔽终端电阻接地测岀主放大器的增益A用电压表测量主放大器的

50Ω),。AC

输岀端噪声e折算到输入端的等效噪声按公式