核电子学与核仪器-课件10

核电子学与核仪器覃国秀[e-mail]:13807947408核技术教研室2009/05/07上次课关键点放大器在核测量系统中的作用及其结构作用：放大、成形结构：极性转换电路、极-零相消电路、积分滤波放大电路、基线恢复电路等放大器的基本参量放大倍数及其稳定性、线性(积分非线性与微分非线性)、噪声与信噪比、过载特性(幅度和计数率)、上升时间、输入输出阻抗上次课关键点谱仪放大器的放大节并联负反馈与串联负反馈；同相输入与反相输入信噪比的区别谱仪放大器中的滤波成形滤波成形的作用(抑制系统噪声、使信号形状满足后续分析设备的要求)；白化滤波器与匹配滤波器；滤波成形的信息畸变(弹道亏损、堆积畸变)；无源滤波成形电路(极-零相消、积分滤波成形、准高斯成形)；有源滤波成形电路；基线恢复器(CD恢复电路、CDD基线恢复电路)；通用谱仪放大器本堂课主要内容：五、高能量分辨率高计数率谱仪放大器5.1堆积拒绝方法5.2单元电路功能介绍5.3堆积拒绝电路5.4死时间校正和允许最高计数率六、快放大器七、弱电流放大器五、高能量分辨率高计数率谱仪放大器随着高分辨半导体探测器的出现和使用，要求建立适应高能量分辨率高计数率测量用的谱仪放大器，在采用线性放大、滤波成形、基线恢复等技术的基础上，又发展了堆积拒绝技术。目前，比较完善的放大器除了基本放大节和滤波成形电路外，将堆积拒绝电路、基线恢复电路都组合在一起，称为高能量分辨率高计数率谱仪放大器，也称为反堆积放大器。在高分辨率能谱仪中，影响谱仪能量分辨率的因素有：射线及电荷收集的统计涨落、探测器及放大器的噪声、信号堆积引起的基线偏移。五、高能量分辨率高计数率谱仪放大器5.1堆积拒绝方法对峰堆积的处理方法首先要能够随时发现峰堆积，通常是设法判别信号的时间间隔是否过小，堆积是否发生，然后把发生峰堆积的信号剔除。前沿堆积后沿堆积五、高能量分辨率高计数率谱仪放大器5.1堆积拒绝方法对信号的判别标准：Ttw-tM两个信号都无幅度畸变。tMT0发生前沿堆积，两个信号都发生畸变。tw-tMTtM发生后沿堆积，前一个信号为畸变，后一个信号发生畸变。一旦信号发生堆积，根据堆积情况，在电路上可以给出“堆积标志”信号作为禁止输入信号。这个信号可以加到后面分析测量系统中去，以禁止这个堆积信号进入分析测量系统。五、高能量分辨率高计数率谱仪放大器5.2单元电路功能介绍线性门线性门是传输信号的一个门电路，其在控制信号作用下，可以有两个状态。线性门电路示意图五、高能量分辨率高计数率谱仪放大器5.2单元电路功能介绍模拟展宽器在处理核信号过程中，需要把信号的幅度信息保存起来以便在需要的时刻提供使用。能把信号的峰顶展宽的电路通称为展宽器。用于把模拟信号峰顶展宽的称为模拟展宽器，用它保持模拟信号的幅度信息。五、高能量分辨率高计数率谱仪放大器5.2单元电路功能介绍逻辑展宽器逻辑展宽器能够展宽逻辑脉冲信号，它不需要精确保持输入信号的幅度信息。五、高能量分辨率高计数率谱仪放大器5.2单元电路功能介绍堆积拒绝电路高分辨率谱仪放大器原理图五、高能量分辨率高计数率谱仪放大器5.2单元电路功能介绍堆积拒绝电路高分辨率谱仪放大器中的各点波形五、高能量分辨率高计数率谱仪放大器5.2单元电路功能介绍死时间校正和允许最高计数率从堆积拒绝电路分析中可知，在监察信号的周期时间Tip内，如果再有信号输入都要被舍弃，因此监察时间就是堆积拒绝电路所产生的死时间，在这个死时间内不能记录输入信号。计时电路就不应把这个时间记入测量时间，而应从总的测量时间里扣除这个死时间得到活时间。由测到的总计数率除以活时间就是信号的计数率。这种办法就是死时间校正。需要注意的是，逻辑展宽电路对每一个信号都要给出持续时间为一个监察周期的信号输出。五、高能量分辨率高计数率谱仪放大器5.2单元电路功能介绍死时间校正和允许最高计数率谱仪放大器输出脉冲的峰部展宽为tw时，对于输入脉冲不受信号堆积影响的概率为：1()wMntte如果取监察周期Tip的最小值，则对输出无堆积信号的计数率和计数效率为121wntnne121wntnen五、高能量分辨率高计数率谱仪放大器5.2单元电路功能介绍死时间校正和允许最高计数率计数效率与输入计数率的关系当输入脉冲的平均计数率为11wnt输出无堆积的信号最大值为2max1()wnte五、高能量分辨率高计数率谱仪放大器5.2单元电路功能介绍死时间校正和允许最高计数率对于两个信号非常接近，以至于当快成形电路、快甄别器及逻辑展宽电路的分辨时间的限制而不能分辨出是两个信号，那么堆积拒绝电路就无法给出堆积标志信号，也无法判别这种堆积现象。幅度拒绝原理及各点波形五、高能量分辨率高计数率谱仪放大器5.2单元电路功能介绍死时间校正和允许最高计数率有无堆积拒绝电路的能谱比较六、快放大器6.1概述在小分辨时间，高计数率，快定时及时间甄别等系统中，快放大器是不可缺少的。由于探测器形成的电流脉冲宽度比输出回路积分电容上形成的电压脉冲的宽度窄，因此可以克服高计数率引起的信号堆积，所以电流放大器一定是快放大器。快放大器的主要特点是：前沿和后沿要比谱仪放大器快得多，一般在几纳秒左右。它的主要指标包括：上升和下降时间，放大倍数及其稳定性，线性，过载特性，输入及输出的最大幅度，噪声。其定义与谱仪放大器中的含义一样。六、快放大器6.2快放大器的放大节电路快放大器通常由几级放大节组成，为了获得很宽的频带，在电路中要选用晶体管有足够高的截止频率，采用电压或电流反馈，还需加入各种高频补偿。两个晶体管组成的快放大节三个晶体管组成的快放大节六、快放大器6.2快放大器的放大节电路快电压放大节共射共基极构成的放大节快电压放大节六、快放大器6.2快放大器的放大节电路快电压放大节实用快放大节电路原理框图六、快放大器6.2快放大器的放大节电路快放大节的特点小结：对于快电流放大节，由于是电流放大，各点电位的变化较少，故分布电容影响较小，而放大速度可以达到很快。对于电压放大节，放大速度快慢与分布电容有很大关系，因为分布电容起了对信号的积分作用，减少快电压放大器的分布电容就变得非常重要。总的来讲，两种形式放大都要用很深的负反馈以取得很宽的频带，加上补偿网络可以避免震荡及扩展频宽。七、弱电流放大器7.1电阻式弱电流放大器弱电流测量原理图把信号源看成内阻非常大的电流源，其输出电流基本不受负载影响。实际上电阻R的增大受到电子线路输入电阻的限制；一般，只有电子线路的输入阻抗远大于R的条件下，增大R才有意义。七、弱电流放大器7.1电阻式弱电流放大器静电计管静电计管测量静电计管特性曲线电路图七、弱电流放大器7.1电阻式弱电流放大器静电计管输入特性曲线输出特性曲线七、弱电流放大器7.1电阻式弱电流放大器弱电流放大器实际上就是一个阻抗变换器，输出信号等于输入信号，具有很高的输入阻抗和很低的输出阻抗。弱电流放大器可能测量到的最小电流，决定于放大器的零点漂移和零点摆动。由于噪声使输入端R上压降不是固定在一个数值，而在一个平均值附近涨落。这个涨落在R两端产生压降，造成输入端电位起伏，这个起伏引起零点摆动。应用负反馈的方法，可以改善弱电流放大器的各方面性能指标。七、弱电流放大器7.1电阻式弱电流放大器静电计管输入级的弱电流放大器电路七、弱电流放大器7.2电流-频率转换的弱电流放大器在弱电流的测量中常常需要数字化处理，当然可以直接把电阻式弱电流放大器输出电压转换成频率f，然后再把频率f的脉冲送入计数器加以记录。I-f转换电路的框图七、弱电流放大器7.3调制型弱电流放大器调制型弱电流放大器示意图调制器作为一个转换器，可以把直流信号转换成交流信号。整个放大的任务由交流放大器来完成。这就从根本上避免了直流放大器引起的漂移问题。最后利用解调器可以得到放大了的信号。总结五、高能量分辨率高计数率谱仪放大器堆积拒绝方法；线性门、模拟展宽器、逻辑展宽器；堆积拒绝电路；死时间校正和允许最高计数率六、快放大器七、弱电流放大器