用于電離輻射探測(cè)器的放大器和電荷靈敏前置放大器的測(cè)試方法 征求意見稿

1用于電離輻射探測(cè)器的放大器和電荷靈敏前置放大器的測(cè)試方法本文件規(guī)定了電離輻射探測(cè)器用的主放大器（成形放大器）和電荷靈敏前置放大器的測(cè)試GB/T4960.2-2023核科學(xué)技術(shù)術(shù)語第2部分：裂變反GB/T4960.6-2008核科學(xué)技術(shù)術(shù)語第6部分：核儀器GB/T8993-1998核儀器環(huán)境條件與3.1位于輻射探測(cè)器和主放大器或其它電部件之間并緊接在探測(cè)器輸出端的電子放大器。3.23.3主放大器（成形放大器）mainamplifier（shaping在放大器系統(tǒng)中，跟在前置放大器之后且包含有脈沖成形網(wǎng)絡(luò)的3.423.5探測(cè)器電容capaciunceof3.63.7具有很快的上升時(shí)間，并以比上升時(shí)間要長得多的時(shí)間常數(shù)指3.83.9近似于正態(tài)分布的信號(hào)形狀。除另有說明外，在本標(biāo)準(zhǔn)中是指由3.103.113.123.13單極性脈沖波形中幅度為峰值幅度一半處兩點(diǎn)間的時(shí)間間隔。又3.14極零補(bǔ)償pole-Zerocanc33.153.163.17主放大器中的一個(gè)増益值，低于該増益值時(shí)，輸岀噪聲幾乎與増益無關(guān)。高于該増益值時(shí)3.183.193.20在輸出幅度范闈內(nèi)，實(shí)際的傳輸特性曲線與理想直線的差別，用相對(duì)于線性響應(yīng)的最大偏3.21微分非線性differentialno在放大器的整個(gè)動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)，増量的増益變化通常表示為基準(zhǔn)増量的3.223.2343.243.25在放大器輸岀脈沖（或一系列脈沖）后，使基線迅速恢復(fù)到它以前所在電平的3.263.27［輻射能譜儀的］能量分辨率energyresolution（ofara對(duì)于某一給定的能量，輻射譜儀能分辨的兩個(gè)粒子能量之間的最小相對(duì)差值的量度。通常以3.28兩個(gè)相繼岀現(xiàn)而仍能被分辨開的脈沖或電離事件之間的最小時(shí)冋間隔。除另有規(guī)定外，被定義為t0.01。3.293.303.314符號(hào)和縮略語A：放大器増益。5ADC：模數(shù)轉(zhuǎn)換器。BW：帶寬，MHz。5.2測(cè)試原理圖圖1測(cè)試原理圖所有的參數(shù)。測(cè)量主放大器時(shí)，可以不用前置放大器和電容器在此裝置中，電纜終端的插頭插座及T型插頭、6脈沖產(chǎn)生器至少有兩個(gè)輸岀，一個(gè)是直接輸出，一個(gè)是衰減輸出，每個(gè)輸岀均有各自的后脈沖產(chǎn)生器的工作頻率可以是電源頻率或其它頻率，用其它頻率工作時(shí)可以檢驗(yàn)系統(tǒng)中的5.3.2檢驗(yàn)前置放大器的脈沖產(chǎn)生器脈沖產(chǎn)生器做所有檢驗(yàn)，但不能用來檢驗(yàn)前置放大器的指數(shù)衰減大器時(shí)，由于探測(cè)器的收集時(shí)間在變化，脈沖產(chǎn)生器的tr應(yīng)不大若脈沖產(chǎn)生器的幅度相對(duì)于示波器的靈敏度已經(jīng)校準(zhǔn)，則脈沖產(chǎn)生器的幅度和示波器的靈敏5.3.3檢驗(yàn)主放大器的脈沖產(chǎn)生器用矩形脈沖產(chǎn)生器，也可以用尾脈沖產(chǎn)生器，當(dāng)檢驗(yàn)過載或P/Z工作時(shí)，必須使用尾沖可以由一個(gè)平頂脈沖來獲得，只要在脈沖產(chǎn)生器和衰減器之間加入一個(gè)電容即衰減器可以是脈沖產(chǎn)生器的一部分，也可以在外部。建議衰減器各檔與主放大器的増益粗調(diào)配。衰減器的精度和穩(wěn)定性取決于所接電阻的穩(wěn)定性和精度，各檔開關(guān)接通后引起的誤差不超過該檔一組用開關(guān)轉(zhuǎn)換的并聯(lián)電容，這些電容完全可以覆蓋前置放大器所要求的輸入電容范圍。Cε應(yīng)屏蔽或并聯(lián)電容應(yīng)該用低損耗絕緣物質(zhì)構(gòu)成的電容，例如石英、聚苯5.6主放大器7主放大器包含一個(gè)成形網(wǎng)絡(luò)，目的是提高信號(hào)噪聲比和減小脈沖寬度沖成形是最重要的一條。采用單極脈沖成形時(shí)間標(biāo)志t1/2可以便于對(duì)不同成測(cè)量前置放大器的噪聲時(shí)，所用的主放大器應(yīng)包含準(zhǔn)高斯濾5.7AC電壓表 （2）示波器應(yīng)具有直流耦合輸入、外觸發(fā)掃描及足夠的內(nèi)部延遲，而且它的上升時(shí)間應(yīng)小于被測(cè)非線性橋基本上由二個(gè)串聯(lián)電阻組成（通常每個(gè)為1kΩ),它們之中的一個(gè)連至被檢驗(yàn)的放大零狀態(tài)不改變。如果放大器具有非線性，零狀態(tài)就8為使信號(hào)在相加點(diǎn)相減，其中一路的信號(hào)必須倒相。如果放大器或前置放大器不具為了使有適當(dāng)靈敏度的示波器不出現(xiàn)過載，減小示波器的過載影響，在橋的相加點(diǎn)），主放大器的主要參數(shù)有脈沖成形參數(shù)、增益、極零補(bǔ)償范圍、噪聲、積分非線性、增性、過載恢復(fù)時(shí)間、過零時(shí)間晃動(dòng)、計(jì)數(shù)率通常，測(cè)量主放大器時(shí)不使用前置放大器。信號(hào)源用尾脈沖產(chǎn)生器或矩形脈沖產(chǎn)生器。如果使用它的第一個(gè)半周略寬于原單極性脈沖的t1/2。該脈沖寬度應(yīng)加以說明。96.2脈沖成形主要參數(shù)的測(cè)量c.調(diào)節(jié)脈沖幅度，使它在CRT上為5DIV；6.3增益測(cè)量6.3.1規(guī)定在微分和積分時(shí)間常數(shù)相等時(shí)測(cè)量主放大器增益，各時(shí)間常數(shù)檔的增益均應(yīng)滿足要求，且粗增益各檔測(cè)量完后，全部誤差將相對(duì)于最大粗增益檔歸一化，也可以選擇對(duì)其它的粗增益檔進(jìn)c.將細(xì)增益置于最大，用示波器測(cè)出主放大器輸出幅度這時(shí)放大器不能飽和，且其它條件6.4極零補(bǔ)償范圍的測(cè)量可調(diào)極零相消網(wǎng)絡(luò)的最大極零相消范圍為無限大，因此需要測(cè)定的是其下限。方法b.將主放大器成形時(shí)間置于某位置；f.比較不同成形時(shí)間下所找到的最佳補(bǔ)償?shù)淖畲竺}沖衰減時(shí)間，取其中的最大者為6.5噪聲測(cè)量測(cè)量噪聲時(shí)，市電和高頻干擾、地回路噪聲、由各電源導(dǎo)致的紋波和噪聲以及主放大器內(nèi)的放大器的輸岀阻抗不明時(shí)，主放大器應(yīng)在輸入），用均方根值電壓表測(cè)量主放大器的輸岀端噪聲eno；eno——主放大器的輸出端噪聲，mV。6.6積分非線性測(cè)量），）；6.7增益穩(wěn)定性的測(cè)量平衡。電橋輸出（即測(cè)量點(diǎn)）△Ubr為零。其它條件保持不變，溫度升到T2待溫度平衡后測(cè)量本測(cè)量可在規(guī)定溫度范圍內(nèi)用三點(diǎn)法分二段測(cè)量。即從中點(diǎn)溫度到溫度上限為一段，從中點(diǎn)到溫度下限為另一段，各段的平均溫度穩(wěn)定性均應(yīng)滿足要求。這里中點(diǎn)有條件時(shí)，本測(cè)量應(yīng)在規(guī)定的溫度范圍內(nèi)，溫度△Ubr.max——電橋最大輸出電壓，mV；在插件系統(tǒng)情況下儀器的電源是分開的，這時(shí)供電電源的性能應(yīng)滿足GB5962-86中4.2的要求?！街校篣m.max——Um.max=Um+2△Ubr.max，V；Um.min——Um.min=Um-2△Ubr.min，V；△Ubr.max——電橋最大輸出電壓，mV。6.8過載恢復(fù)時(shí)間的測(cè)量當(dāng)主放大器輸出波形回到基線附近（規(guī)定最大輸岀主放大器的過載與增益和t1/2有關(guān)，因此詳細(xì)說明過載恢復(fù)時(shí)間時(shí)，應(yīng)闡明增益位置和脈沖成形參則在進(jìn)行過載測(cè)試前必須把網(wǎng)絡(luò)準(zhǔn)確調(diào)好，并應(yīng)在給出測(cè)量結(jié)果時(shí)加a)如果改變主放大器増益影響其輸入阻抗，就必須在脈沖產(chǎn)生器的終端接一個(gè)與特性阻抗相等6.9過零時(shí)間晃動(dòng)測(cè)量主放大器輸岀的雙極性脈沖穿過基線的時(shí)間稱為過零時(shí)間，它可提供定時(shí)信息。主放參量變動(dòng)會(huì)引起過零時(shí)間改變稱為“過零時(shí)間晃動(dòng)”，圖a.保持放大倍數(shù)不變，調(diào)節(jié)脈沖產(chǎn)生器衰減使主放大器輸出幅度為Um；b.用示波器的延遲觸發(fā)，測(cè)岀雙極信號(hào)的過零點(diǎn)；c.保持其它條件不變，調(diào)節(jié)脈沖產(chǎn)生器衰減輸出，使主放大器輸岀在動(dòng)態(tài)測(cè)試裝置同圖6。本測(cè)試中被測(cè)試主放大器的增益是可變的，而輸岀幅度則通減輸出保持在Um。譜儀的計(jì)數(shù)率受前置放大器或主放大器的限制，當(dāng)僅測(cè)主放大器時(shí)，其計(jì)數(shù)率效應(yīng)依賴于成形網(wǎng)分析器的ADC輸入級(jí)之間必須直流耦合，多道分析器應(yīng)工作于符合方式。脈沖產(chǎn)生器直邏輯脈沖成形和延遲供給分析器合適的開門信號(hào)，等效的輸入計(jì)數(shù)率用快放大器，甄別器和計(jì)數(shù)率表測(cè)量。根據(jù)最佳分辨時(shí)間選擇快放大器間常數(shù)，甄別器的閾則被調(diào)到“剛超過”噪聲（放射源和定應(yīng)使低計(jì)數(shù)率（不引起分辨率變壞和峰位漂移的最高計(jì)數(shù)率）下的輻射峰在主放大器最大線性輸出的70%和脈沖產(chǎn)生器峰位在90%。保持脈沖產(chǎn)生器輸出幅度和頻率不變，改來調(diào)節(jié)計(jì)數(shù)率，測(cè)量不同計(jì)數(shù)率下脈沖產(chǎn)生器峰的峰位及幅度分布的FWb．低計(jì)數(shù)率峰位和FWHM（計(jì)數(shù)率低到一定程度時(shí),計(jì)數(shù)率）；升時(shí)間與tr、tt與Ct的關(guān)系、噪聲性能、微分非線性LD及積分非線性L1。用圖1的裝置可測(cè)量除非線性以前置放大器的電荷靈敏度應(yīng)在主放大器的輸出端來測(cè)量。具在測(cè)A時(shí)，應(yīng)保證衰減器的輸岀阻抗和終接情況與正常工作的前置放大器存在時(shí)相同；c.連接脈沖產(chǎn)生器與電容器盒子，調(diào)SSc——電荷靈敏度；應(yīng)注明該電荷靈敏度是在什么特定的探測(cè)器電容(可以是模擬電容)和t1/2下獲得的。t1/2應(yīng)選用前置析器滿量程附近，記下峰位，然后逐檔改變Ct，并記下多道置放大器所允許的最大電容處發(fā)生的電荷靈敏度的變化值，若此值大于1％，應(yīng)再給出一中等電容的變化值，并注明測(cè)量時(shí)所用t1/2和每一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)上的上升時(shí)間是否調(diào)至最佳。（或在前置放大器設(shè)計(jì)的最小電容）處tr調(diào)至最佳值，改變Ct得到tr7.5.1將產(chǎn)生器信號(hào)接至前置放7.5.2調(diào)節(jié)脈沖產(chǎn)生器輸岀電壓，使之與使用電容器盒子時(shí)的主放大器輸岀信號(hào)7.5.3由公式（11）可計(jì)算岀內(nèi)部檢C=Uin1.Cc/Uin2…式中：Uin1——接電容器盒子時(shí)的輸入信號(hào)幅度，V；7.6前置放大器噪聲的測(cè)量對(duì)于同非倍增探測(cè)器（如屏柵電離室，鍺探測(cè)器和硅探測(cè)器）一起使用的前置放大器，噪聲對(duì)于倍增探測(cè)器(如閃爍探測(cè)器和正比計(jì)關(guān)閉脈沖產(chǎn)生器。若拆掉脈沖產(chǎn)生器，終接電阻必須在電容器盒子的輸入端處，以防外部干把上面的有關(guān)量的數(shù)值代入公式Uo——放大器輸出脈沖幅度，V。a.當(dāng)改變Ct做上面一系列噪聲測(cè)量時(shí)，脈沖產(chǎn)生器的位置、主放大器輸出脈沖的t1/2及其幅度應(yīng)保持不變，可以用改變主放大器的增益使輸岀脈沖的幅b.將7.6.2中測(cè)得的有關(guān)量數(shù)值代入下面公式(13)或(14)，即可得到用等效輸入噪聲電荷或no……Nni——等效離子對(duì)數(shù)；測(cè)量到的前置放大器噪聲，應(yīng)把主放大器的影響扣除掉，方tno。單獨(dú)由前置放大器產(chǎn)生的有關(guān)噪聲是由[(eno)2-(etno)2]1/2決定。7.7前置放大器微分非線性測(cè)量a.脈沖產(chǎn)生器直接輸出的脈沖幅度為Um；b.脈沖產(chǎn)生器的衰減輸出至前置放大器的檢驗(yàn)端，此時(shí)前置放大器的直流輸出在正常工作電平處.然后調(diào)節(jié)衰減器使前置放大器的輸岀脈沖幅