3-3核电子学教学课件

1、核电子学与核辐射仪器,覃国秀 Tel:核工系 2010/04/02,上次课关键点,电荷灵敏前置放大器电路的基本结构,输入级：结型场效应管,放大级：电压放大,输出级：电流放大,电荷灵敏前置放大器的噪声 串联噪声、并联噪声；a噪声、b噪声、c噪声 电荷灵敏前置放大器噪声的抑制措施 （1）输入级采用低噪声器件 （2）低温运用 （3）减少冷电容C （4）反馈电阻Rf和探测器负载电阻RD，常通过实验选用低噪声电阻，阻值一般在1091010左右。,本堂课主要内容：,二、电荷灵敏前置放大器 2.4 电荷灵敏前置放大器的进一步改进 2.5 电荷灵敏前置放大器的实验测量 三、电压灵敏前

2、置放大器 四、电流灵敏前置放大器,二、电荷灵敏前置放大器,2.4电荷灵敏前置放大器 对阻容(Cf-Rf)反馈电荷灵敏前置放大器的分析可知，泄放电阻Rf是噪声产生的主要来源之一，实际上它对噪声的贡献要比理论值大。为了进一步降低噪声，提高系统能量分辨率，可以考虑去掉Rf，但这时必须设法释放反馈电容上不断积累的信号电荷。 因此在阻容反馈电荷灵敏前置放大器基础上又发展了多种方法来解决上述问题。,二、电荷灵敏前置放大器,2.4电荷灵敏前置放大器的进一步改进 脉冲光反馈电荷灵敏前置放大器 使Cf释放电荷的一种方法是利用脉冲光反馈系统。,二、电荷灵敏前置放大器,2.4电荷灵敏前置放大器的进一步改进 脉冲光反

3、馈电荷灵敏前置放大器,脉冲光反馈电荷灵敏前置放大器的波形分析。,二、电荷灵敏前置放大器,2.4电荷灵敏前置放大器的进一步改进 漏反馈电荷灵敏前置放大器 利用场效应管的栅流Ig也可以使反馈电容Cf释放电荷，与光反馈系统不同，栅流的大小由场效应管源、漏极之间的电压控制。,N沟道场效应管栅极电流Ig与漏源电压VDS有关，当VDS超过某一数值后，Ig随VDS增加而很快增加。因此，可以通过VDS控制Ig的大小。,二、电荷灵敏前置放大器,2.4电荷灵敏前置放大器的进一步改进 漏反馈电荷灵敏前置放大器,探测器输出的电流脉冲iD在反馈电容上不断积累，放大器输出电压逐渐增长，次电压经积分后加到场效应管的漏极上，

4、使栅流增加，从而使Cf放电。,二、电荷灵敏前置放大器,2.4电荷灵敏前置放大器的进一步改进 晶体管复位电荷灵敏前置放大器 近年来，由于选用噪声小、结电容小的晶体管，发展了晶体管复位电荷灵敏前置放大器。,二、电荷灵敏前置放大器,2.5电荷灵敏前置放大器噪声的测量 根据噪声对信号幅度的展宽测量噪声,测量原理：等幅信号输入待测装置时，其输出信号幅度谱的半高宽度相当于噪声线宽。,测量步骤： 1、标定多道脉冲幅度分析器； 2、移去辐射源，测量噪声线宽，由精密脉冲发生器输出固定幅度信号。,为了保证测量精度，在标定幅度分析器和测量噪声线宽时，应调节好系统的增益和输入信号幅度，使每个峰的半高宽不少于一定的道数

5、；每个峰的最高计数道的计数也要够高。国际电工委员会推荐的数据是：每个峰的半高宽至少要有20道，每个峰的最高计数道不少于10000个计数。一般取7-8道以及几千个计数。 精密脉冲发生器输出的信号应满足以下要求 ： 上升要够快，上升时间不大于主放大器中最短微分时间常数的20%；衰减要慢，在主放大器输出脉冲达到峰值时刻，衰减不超过其高度的2%。推荐的数据是上升时间小于20ns，衰减时间常数大于100us。输入端定标电容器Cc最好选用三端型电容器，这种电容器有一屏蔽端，使用时接地。,二、电荷灵敏前置放大器,2.5电荷灵敏前置放大器噪声的测量 用示波器和宽频带电压表测量噪声 用宽频带均方根电压表代替上图

6、的脉冲幅度分析器，在无信号输入时，测量系统输出的电压均方根值，则噪声线宽为： 转换为以电荷为单位的噪声线宽： 转换为以能量为单位的噪声线宽：,三、电压灵敏前置放大器,电压前置放大器常与闪烁探测器配合使用，电路简单。不同探测器对电压前置放大器的要求不一样，如配合光电倍增管时，由于输出信号幅度较大，仅配一级射级跟随器即可；而对于气体电离室或正比计数管，由于输出信号较小，需有较大的放大倍数；如用作时间测量，则主要考虑有较快上升时间和足够的放大倍数。,采用负反馈的电压灵敏前置放大器,三、电压灵敏前置放大器,对于闪烁探测器，为了使探头输出可以远传，常直接采用跟随器形式的电压灵敏前置放大器。而结型场效应管

7、具有高输入阻抗和低噪声的性能，仍被常用来作为电压前置放大器的输入级。,采用场效应管作为输入级的电压前置放大器,三、电压灵敏前置放大器,电压灵敏前置放大器实例,四、电流灵敏前置放大器,电压和电荷灵敏前置放大器的共同点是：当探测器输出电流脉冲时，都对输入电容充电。它们输出信号幅度都与射线能量成正比，所以均可用于能谱测量。 电流灵敏前置放大器就是对输入电流响应较快的放大器，也称为快前置放大器，它是对探测器输入电流信号直接进行放大，不是积分成电压，而是输出电压或电流幅度与输入电流成正比。,四、电流灵敏前置放大器,当电路的负反馈电阻Rf取值较小时：Cf的并联作用可以忽略；如果Ri/Ci阻抗较大时，对输入端阻抗来说Rf起主要作用，而且是深度负反馈。则,电流灵敏前置放大器的特点：响应快，可以获得精确的时间信息；可以远距离传输信息；输出脉冲的上升时间和宽度都较窄，有力于高计数率测量。,四、电流灵敏前置放大器,原则