核電子學(xué)與核儀器課件

上次課關(guān)鍵點放大器在核測量系統(tǒng)中的作用及其結(jié)構(gòu)

作用：放大、成形

結(jié)構(gòu)：極性轉(zhuǎn)換電路、極-零相消電路、積分濾波放大電路、基線恢復(fù)電路等放大器的基本參量

放大倍數(shù)及其穩(wěn)定性、線性(積分非線性與微分非線性)、噪聲與信噪比、過載特性(幅度和計數(shù)率)、上升時間、輸入輸出阻抗當前1頁，總共30頁。上次課關(guān)鍵點譜儀放大器的放大節(jié)并聯(lián)負反饋與串聯(lián)負反饋；同相輸入與反相輸入信噪比的區(qū)別譜儀放大器中的濾波成形

濾波成形的作用(抑制系統(tǒng)噪聲、使信號形狀滿足后續(xù)分析設(shè)備的要求)；白化濾波器與匹配濾波器；濾波成形的信息畸變(彈道虧損、堆積畸變)；無源濾波成形電路(極-零相消、積分濾波成形、準高斯成形)；有源濾波成形電路；基線恢復(fù)器(CD恢復(fù)電路、CDD基線恢復(fù)電路)；通用譜儀放大器當前2頁，總共30頁。本堂課主要內(nèi)容：五、高能量分辨率高計數(shù)率譜儀放大器

5.1堆積拒絕方法

5.2單元電路功能介紹

5.3堆積拒絕電路

5.4死時間校正和允許最高計數(shù)率六、快放大器七、弱電流放大器當前3頁，總共30頁。五、高能量分辨率高計數(shù)率譜儀放大器

隨著高分辨半導(dǎo)體探測器的出現(xiàn)和使用，要求建立適應(yīng)高能量分辨率高計數(shù)率測量用的譜儀放大器，在采用線性放大、濾波成形、基線恢復(fù)等技術(shù)的基礎(chǔ)上，又發(fā)展了堆積拒絕技術(shù)。目前，比較完善的放大器除了基本放大節(jié)和濾波成形電路外，將堆積拒絕電路、基線恢復(fù)電路都組合在一起，稱為高能量分辨率高計數(shù)率譜儀放大器，也稱為反堆積放大器。在高分辨率能譜儀中，影響譜儀能量分辨率的因素有：射線及電荷收集的統(tǒng)計漲落、探測器及放大器的噪聲、信號堆積引起的基線偏移。當前4頁，總共30頁。五、高能量分辨率高計數(shù)率譜儀放大器5.1堆積拒絕方法

對峰堆積的處理方法首先要能夠隨時發(fā)現(xiàn)峰堆積，通常是設(shè)法判別信號的時間間隔是否過小，堆積是否發(fā)生，然后把發(fā)生峰堆積的信號剔除。前沿堆積后沿堆積當前5頁，總共30頁。五、高能量分辨率高計數(shù)率譜儀放大器5.1堆積拒絕方法

對信號的判別標準：

T>tw-tM兩個信號都無幅度畸變。

tM>T>0發(fā)生前沿堆積，兩個信號都發(fā)生畸變。

tw-tM>T>tM發(fā)生后沿堆積，前一個信號為畸變，后一個信號發(fā)生畸變。一旦信號發(fā)生堆積，根據(jù)堆積情況，在電路上可以給出“堆積標志”信號作為禁止輸入信號。這個信號可以加到后面分析測量系統(tǒng)中去，以禁止這個堆積信號進入分析測量系統(tǒng)。當前6頁，總共30頁。五、高能量分辨率高計數(shù)率譜儀放大器5.2單元電路功能介紹線性門

線性門是傳輸信號的一個門電路，其在控制信號作用下，可以有兩個狀態(tài)。線性門電路示意圖當前7頁，總共30頁。五、高能量分辨率高計數(shù)率譜儀放大器5.2單元電路功能介紹模擬展寬器

在處理核信號過程中，需要把信號的幅度信息保存起來以便在需要的時刻提供使用。能把信號的峰頂展寬的電路通稱為展寬器。用于把模擬信號峰頂展寬的稱為模擬展寬器，用它保持模擬信號的幅度信息。當前8頁，總共30頁。五、高能量分辨率高計數(shù)率譜儀放大器5.2單元電路功能介紹邏輯展寬器

邏輯展寬器能夠展寬邏輯脈沖信號，它不需要精確保持輸入信號的幅度信息。當前9頁，總共30頁。五、高能量分辨率高計數(shù)率譜儀放大器5.2單元電路功能介紹堆積拒絕電路

高分辨率譜儀放大器原理圖當前10頁，總共30頁。五、高能量分辨率高計數(shù)率譜儀放大器5.2單元電路功能介紹堆積拒絕電路

高分辨率譜儀放大器中的各點波形當前11頁，總共30頁。五、高能量分辨率高計數(shù)率譜儀放大器5.2單元電路功能介紹死時間校正和允許最高計數(shù)率

從堆積拒絕電路分析中可知，在監(jiān)察信號的周期時間Tip內(nèi)，如果再有信號輸入都要被舍棄，因此監(jiān)察時間就是堆積拒絕電路所產(chǎn)生的死時間，在這個死時間內(nèi)不能記錄輸入信號。計時電路就不應(yīng)把這個時間記入測量時間，而應(yīng)從總的測量時間里扣除這個死時間得到活時間。由測到的總計數(shù)率除以活時間就是信號的計數(shù)率。這種辦法就是死時間校正。

需要注意的是，邏輯展寬電路對每一個信號都要給出持續(xù)時間為一個監(jiān)察周期的信號輸出。當前12頁，總共30頁。五、高能量分辨率高計數(shù)率譜儀放大器5.2單元電路功能介紹死時間校正和允許最高計數(shù)率

譜儀放大器輸出脈沖的峰部展寬為tw時，對于輸入脈沖不受信號堆積影響的概率為：如果取監(jiān)察周期Tip的最小值，則對輸出無堆積信號的計數(shù)率和計數(shù)效率為當前13頁，總共30頁。五、高能量分辨率高計數(shù)率譜儀放大器5.2單元電路功能介紹死時間校正和允許最高計數(shù)率

計數(shù)效率與輸入計數(shù)率的關(guān)系

當輸入脈沖的平均計數(shù)率為

輸出無堆積的信號最大值為

當前14頁，總共30頁。五、高能量分辨率高計數(shù)率譜儀放大器5.2單元電路功能介紹死時間校正和允許最高計數(shù)率

對于兩個信號非常接近，以至于當快成形電路、快甄別器及邏輯展寬電路的分辨時間的限制而不能分辨出是兩個信號，那么堆積拒絕電路就無法給出堆積標志信號，也無法判別這種堆積現(xiàn)象。幅度拒絕原理及各點波形當前15頁，總共30頁。五、高能量分辨率高計數(shù)率譜儀放大器5.2單元電路功能介紹死時間校正和允許最高計數(shù)率

有無堆積拒絕電路的能譜比較當前16頁，總共30頁。六、快放大器6.1概述

在小分辨時間，高計數(shù)率，快定時及時間甄別等系統(tǒng)中，快放大器是不可缺少的。由于探測器形成的電流脈沖寬度比輸出回路積分電容上形成的電壓脈沖的寬度窄，因此可以克服高計數(shù)率引起的信號堆積，所以電流放大器一定是快放大器。快放大器的主要特點是：前沿和后沿要比譜儀放大器快得多，一般在幾納秒左右。它的主要指標包括：上升和下降時間，放大倍數(shù)及其穩(wěn)定性，線性，過載特性，輸入及輸出的最大幅度，噪聲。其定義與譜儀放大器中的含義一樣。當前17頁，總共30頁。六、快放大器6.2快放大器的放大節(jié)電路

快放大器通常由幾級放大節(jié)組成，為了獲得很寬的頻帶，在電路中要選用晶體管有足夠高的截止頻率，采用電壓或電流反饋，還需加入各種高頻補償。兩個晶體管組成的快放大節(jié)三個晶體管組成的快放大節(jié)當前18頁，總共30頁。六、快放大器6.2快放大器的放大節(jié)電路快電壓放大節(jié)共射共基極構(gòu)成的放大節(jié)快電壓放大節(jié)當前19頁，總共30頁。六、快放大器6.2快放大器的放大節(jié)電路快電壓放大節(jié)實用快放大節(jié)電路原理框圖當前20頁，總共30頁。六、快放大器6.2快放大器的放大節(jié)電路

快放大節(jié)的特點小結(jié)：

對于快電流放大節(jié)，由于是電流放大，各點電位的變化較少，故分布電容影響較小，而放大速度可以達到很快。對于電壓放大節(jié)，放大速度快慢與分布電容有很大關(guān)系，因為分布電容起了對信號的積分作用，減少快電壓放大器的分布電容就變得非常重要?？偟膩碇v，兩種形式放大都要用很深的負反饋以取得很寬的頻帶，加上補償網(wǎng)絡(luò)可以避免震蕩及擴展頻寬。當前21頁，總共30頁。七、弱電流放大器7.1電阻式弱電流放大器弱電流測量原理圖把信號源看成內(nèi)阻非常大的電流源，其輸出電流基本不受負載影響。實際上電阻R的增大受到電子線路輸入電阻的限制；一般，只有電子線路的輸入阻抗遠大于R的條件下，增大R才有意義。當前22頁，總共30頁。七、弱電流放大器7.1電阻式弱電流放大器靜電計管靜電計管測量靜電計管特性曲線電路圖當前23頁，總共30頁。七、弱電流放大器7.1電阻式弱電流放大器靜電計管輸入特性曲線輸出特性曲線當前24頁，總共30頁。七、弱電流放大器7.1電阻式弱電流放大器

弱電流放大器實際上就是一個阻抗變換器，輸出信號等于輸入信號，具有很高的輸入阻抗和很低的輸出阻抗。弱電流放大器可能測量到的最小電流，決定于放大器的零點漂移和零點擺動。由于噪聲使輸入端R上壓降不是固定在一個數(shù)值，而在一個平均值附近漲落。這個漲落在R兩端產(chǎn)生壓降，造成輸入端電位起伏，這個起伏引起零點擺動。應(yīng)用負反饋的方法，可以改善弱電流放大器的各方面性能指標。當前25頁，總共30頁。七、弱電流放大器7.1電阻式弱電流放大器靜電計管輸入級的弱電流放大器電路當前26頁，總共30頁。七、弱電流放大器7.2電流-頻率轉(zhuǎn)換的弱電流放大器

在弱電流的測量中常常需要數(shù)字化處理，當然可以直接把電阻式弱電流放大器輸出電壓轉(zhuǎn)換成頻率f，然后再把頻率f的脈沖送入計數(shù)器加以記錄。I-f轉(zhuǎn)換電路的框圖當前27頁，總共30頁。七、弱電流放大器7.3調(diào)制型弱電流放大器調(diào)制型弱電流放大器示意圖調(diào)制器作為一個