核电子学考点

1、01核电子学研究信号的特性随机性：用概率密度函数描述，要求仪器稳定可靠。信号很弱，但跨度很大：提高信噪比，增加前置放大器、主放大器，并消除极点和零点。快速：脉冲成形，防堆积技术。信号：用于描述和记录信息的任何物理状态随时间变化的过程。(电信号)噪音是指无用的或干扰性的信息信号在产生、传输和放大的过程中伴随着噪声噪声是随机的，服从统计规律。其基本特征可以用统计平均值或统计函数来描述，主要包括：均方值：表示噪声强度(用于信噪比计算)概率密度函数：描述振幅域中噪声的分布密度自相关函数：提供时域噪声的相关信息功率谱密度函数：给出了噪声功率在频域的分布核辐射探测器的结构核辐射探测器的定义：利用电离、激发

2、效应或气体、液体或固体中辐射引起的其他物理和化学变化来探测辐射的装置称为辐射探测器。探测器主要分为：气体探测器；闪烁探测器；半导体探测器。三种探测器的工作原理气体探测器：当入射的带电粒子穿过气体，使气体分子电离成电子正离子对时，它们分别在外部电场的作用下漂移，相应地在平行板电机上产生感应电荷，并在外部电路上产生相应的电信号。闪烁体探测器：当光线入射到闪烁晶体上时，它首先激发其中的分子或原子，然后在去激发时发光。光子通过光电效应转化为光电子，然后通过光电倍增管倍增，最后在阳极收集成为电流脉冲。半导体探测器：带电粒子在半导体探测器的敏感体积中产生电子空穴对，电子空穴对在外部电场的作用下漂移，输出信

3、号。对三种主要探测器的分析可以得出以下结论：(1)所有核辐射探测器都能产生相应的输出电流i(t ),相当于电路分析中的电流源；(2)输出电流i(t)具有一定的形状和时间特性，因此可以用于时间分析；(3)如果积分电压信号Vc(t)取自输出电容，Vc(t)与E成正比，则可以测量射线能量。气体检测器：电离室、脉冲电离室、比例计数器和重力计数器闪烁探测器：NaI探测器、CsI探测器半导体探测器：金硅表面势垒探测器和高纯锗探测器核辐射探测器的基本性能探测效率：探测器测量的粒子数与此时实际入射到探测器中的粒子总数之比。输出幅度和稳定性线性响应(探测器给出的信息与入射粒子的相应物理量呈线性关系)分辨率：探测

4、器实际分辨核信息的能力，主要包括能量分辨率、时间分辨率和空间分辨率。噪声和干扰：干扰可以在电路和过程中减少或消除，而噪声可以减少但不能消除噪声测量：信噪比、等效噪声能量、等效噪声电荷和等效噪声电压核电子学中的主要噪声：散粒噪声、热噪声和低频噪声02前置放大器的功能：提高系统的信噪比，减少外部干扰的相对影响，合理布局，方便调整和使用，实现阻抗转换和匹配前置放大器可分为电压敏感前置放大器、电荷敏感前置放大器和电流敏感前置放大器。前置放大器的串联噪声和并联噪声探测器漏电流噪声串联电流噪声电阻研发热噪声场效应晶体管栅极的漏电流噪声反馈电阻热噪声并联电压噪声场效应晶体管沟道噪声场效应晶体管的闪烁噪声降低

5、前置放大器噪声的措施(1)输入级采用低噪声器件(低温下使用的结型场效应晶体管)(2)低温运行甲噪音小(3)降低冷电容(4)反馈电阻Rf和检测器电压和电荷敏感前置放大器的共同点是，当检测器输出电流脉冲时，它们都给输入电容充电。它们的输出信号幅度与射线能量成正比，因此可以用于能谱测量。电流敏感前置放大器是一种对输入电流有快速响应的放大器，也称为快速前置放大器。它直接放大检波器的输入电流信号，而不是将其积分成电压，但输出电压或电流幅度与输入电流成正比。用于计时测量。03放大器在核测量系统中的作用：放大和滤波整形放大倍数及其稳定性：整形电路在一定时间常数下输出脉冲幅度与输入脉冲幅度的比值。提高放大倍数

6、稳定性的最有效方法是使用深度负反馈放大器线性度：指放大器的输入信号幅度和输出信号幅度之间的线性度放大器的噪声和信噪比：通过使用适当的滤波整形电路来限制频带，可以抑制噪声放大器的幅度过载特性：放大器具有线性范围。当超出线性范围时，会有两种情况：当超出线性范围时，放大器仍能正常工作；当线性范围较大时，放大器将在一段时间内无法正常工作。这种现象称为放大器幅度过载，不能正常工作的时间称为放大器死区时间。放大器过载特性：放大器中高计数率引起的脉冲幅度分布失真称为放大器计数率过载。放大器的上升时间：上升时间主要针对信号的前沿分光计放大器中最常用的反馈形式是电压并联负反馈和电压串联负反馈。反馈的作用，反馈能

7、否降低噪声，如何降低放大器中的噪声干扰？提高放大倍数的稳定性，改善非线性。负反馈不能用来提高放大器的信噪比。为了降低噪声，不仅要严格选择输入级器件，还要注意电路连接。滤波整形电路在光谱仪放大器中的作用抑制系统噪声，优化系统信噪比；使信号形状满足后续分析和测量设备的要求。白化滤波器和匹配滤波器的作用是什么？白化滤波器：使前置放大器输出的噪声成为白噪声，并使后续匹配滤波器的功率谱密度恒定匹配滤波器：使白化滤波器输出的信号获得最佳信噪比弹道缺陷：由于探测器中入射粒子的范围和轨迹不同，其电流脉冲持续时间可能会有很大变化。当输入具有一定宽度的电流脉冲时，检测器电路中的输出信号幅度总是小于输入脉冲信号时的

8、输出幅度，这称为弹道损耗。准高斯阻容滤波整形电路是光谱仪中常用的电路，它具有较大的时间常数，输出信号具有一定的峰值和缓慢衰减的尾部。通常，脉冲积累对振幅测量的影响可分为峰值积累和尾部积累。峰值累积：两个脉冲之间的时间间隔小于第一个脉冲的峰值到达时间尾部累加：两个脉冲之间的时间间隔小于分辨率时间，大于第一个脉冲的峰值时间无源滤波器整形电路零极点抵消和RC积分滤波整形电路零极点抵消电路：在有几个串联级的系统中，抵消前一级传递函数的极点(零点)和后一级的零点(极点)以改善输出波形的方法称为零极点抵消。准高斯滤波器整形电路而脉冲整形电路可以获得准高斯脉冲。(CR)2-(RC)m滤波器整形电路(双极滤波

9、器整形)无源滤波器整形电路、有源滤波器整形电路有源差分电路H(S)=SRC有源积分电路H(S)=1/SRC镉和CDD基线恢复器工作原理：利用二极管的单向导通性和电容的充放电特性，脉冲前端的充电电流小，脉冲末端的放电电流大，因此基线不会偏移工作流程：堆叠抑制电路工作原理：信号一旦堆积，根据堆积情况，可以在电路上给出一个堆积标志信号作为禁止输入信号，加入到后续的分析测量系统中，禁止堆积信号进入分析测量系统，从而达到消除堆积信号的目的。工作流程：停滞时间校正：在监控信号的周期时间Tip中，如果有更多的信号输入，将被丢弃，所以监控时间是由叠加抑制电路产生的停滞时间，在这个停滞时间内输入信号不能被记录。

10、计时电路不应在测量时间中记录这一时间，而应从总测量时间中扣除这一死区时间，以获得实时时间。信号的计数率除以测量的总计数率再除以实时时间。这种方法是死区校正。最大允许计数率：当输入脉冲的平均计数率为无累加输出信号的计数率时最大值为04脉冲幅度鉴别器功能：当输入信号幅度低于给定值时，没有输出信号；当超过这个给定值时，输出一个具有一定幅度的信号。脉冲幅度鉴别器的一般要求是：(1)输入灵敏度(2)鉴别阈值范围(3)鉴别阈值稳定性(4)鉴别阈值线性度单通道脉冲幅度分析仪的工作原理用于幅度分析的模数转换器及其基本性能振幅分析是指测量信号振幅的分布。也就是说，根据信号幅度的大小进行分布计数。模数转换是将脉冲

11、幅度转换成数字量，即根据脉冲幅度进行分类编码，然后记录在存储器的相应地址单元中。轨道宽度、转换系数和最大轨道数的定义及其关系两个相邻量化级之间的差值称为模数转换器的单通道宽度h，所有单通道宽度的平均值称为模数转换器的通道宽度h。变换系数：单位振幅能变换多少个通道。它与道路的宽度成反比。最大量化级别数Lmax是模数转换器的通道数。通道宽度越小，模数转换器的通道数越大。模数转换器的幅度响应：模数转换器的输入信号幅度A与通道数M之间的关系称为模数转换器的幅度响应。直线闸门和拉伸器的工作原理线性门是传输脉冲模拟量的门电路，信号能否通过由选通信号决定。模拟展宽器的基本工作原理是利用二极管的单向导通性和电

12、容的存储功能来展宽脉冲信号的峰值，因此也被称为峰值保持器。线性放电模数转换(计算问题)变换时间轨迹的数量和宽度逐次比较模数转换器的工作原理：将输入信号与二进制标准电平进行比较。每次比较都会将标准水平降低到前一次的一半。如果标准电平大于信号幅度，保持标准电平，否则不保持，进行下一次比较转变时间连续比较模数转换器的均匀通道宽度数模转换器将输入的数字(通常是二进制)转换成与数字成比例的模拟量。二进制加权电阻解码网络数模转换器梯形电阻解码网络数模转换器二进制加权电阻解码网络的位数越大，电阻变化的范围越大。梯形电阻解码网络具有更好的性能。电路中只使用了R和2R电阻，因此也称为R-2R电阻网络，广泛应用于

13、数模转换器中。05定时通道的各个部分(1)检测器和输出电路(2)快速前置放大器(3)定时滤波放大器(4)定时电路(5)时间转换器时间分析是指两个相关核事件之间时间间隔的概率密度分布。定时误差通常根据误差产生的原因分为两类：时移和时间晃动。时间漂移：由元件老化、环境温度或电源电压变化(缓慢变化)引起的时序误差。定时电路是de的基本单位信号幅度发生变化，上升时间保持不变；信号幅度不变，上升时间改变：信号幅度和上升时间同时变化：触发比和斜率噪声比为了减少时移和时间晃动，信号触发定时电路应具有合适的触发比。触发比是指检测器输出电流脉冲触发时间检测电路时，电流脉冲的输出电荷QT与总电荷Q的比值。它还可以

14、表示为：考虑到触发比和噪声引起的误差的影响，斜率噪声比定义为：前缘正时的基本原理和工作过程该脉冲直接触发具有固定阈值的触发电路，并且当脉冲的前沿上升超过阈值时，产生输出脉冲作为定时信号过零计时的基本原理和工作过程单极信号被整形为双极信号，过零时间作为定时点定比计时的基本原理和工作过程过零脉冲在输入脉冲幅度的恒定比例点产生。幅度和上升时间补偿时序(ARC时序)阈值VT不仅随着幅度A而变化，而且随着上升时间而变化，因此幅度变化和时间变化被补偿并且时间偏移被消除。定时单通道脉冲幅度分析器具有定时功能的单通道脉冲幅度分析器称为定时单通道脉冲幅度分析器。它具有单通道脉冲幅度分析和定时功能。定时单通道分析

15、仪的输出脉冲不仅包含输入脉冲幅度的信息，而且与输入脉冲有固定的时间关系。符合重合法正符合测量(简称符合测量)和反符合测量双重符合和多重符合符合电路：慢符合电路和快符合电路时间量转换方法时间分析的功能：时间分析是分析一个核状态和另一个核状态之间的时间关系，即测量核事件在一定时间间隔内的概率密度分布。是测量相应的开始信号和停止信号之间的时间间隔的分布。时幅变换的基本原理实现时幅转换就是将时间间隔的长度转换成振幅。起止时间-幅度转换：在起止信号之间的时间间隔内用恒流充电的方法。重叠时间-振幅转换：由符合电路演化而来，其输出振幅与两个脉冲的重叠时间成正比。时间-数字转换的基本原理在测量的时间间隔内，向寄存器发送频率稳定的时钟脉冲(周期T0已知)。寄存器中记录的时钟脉冲数m代表开始和停止信号之间的时间差tx。脉冲波形辨别它可用于粒子识别，即不同的粒子通过探测器中不同粒子产生的不同信号波形来区分；它也可用于消除锗(锂)探测器中缺陷引起的缓慢上升信号，以及抑制堆积等。质量指标m越大，波形辨别能力越强06定标器结构：输入级、计数电路、