核电子学习题解答

核电子学习题解答第一章第二章第三章第四章第五章第六章第一章1.1核电子学与一般电子学的不同在哪里？以核探测器输出信号的特点来说明。在核辐射测量中，最基本的特点是它的统计特性、非周期性、非等值性，核电子学分析这种信号，经处理得到有用的信息。1.4当探测器输出等效电流源/0()toitIe时，求此电流脉冲在探测器输出回路上的输出波形并讨论R0C0τ的情况。V0(s)=I0(s)·[R0∥(1/sc)]=I0[1/(s+1/τ)]·[R0(1/sc0)/(R0+(1/sc0))=(I0/c0)·{1/[(s+1/τ)(s+1/R0c0)]}∴0000000()1ttRCIRVteeRC000000ttRCIReeRC当R0c0τ时，τ－R0c0≈τ∴00000()ttRCVtIRee1.5如图，设/()0Tit0tTtT，求输出电压V(t)。111()TsTsQQeIseTssTs11()1Hscs111()11TsTsQeQQVsecTscTcTss/()tTtQQQVtststeestcTcTcT1.6表示系统的噪声性能有哪几种方法？各有什么意义？输入端的噪声电压是否就是等效噪声电压？为什么？ENVENCENNENEη(FWHM)NE不是1.7设探测器反向漏电流ID=10-8A，后级电路频宽为1MHz,计算散粒噪声相应的方根值和相对于ID的比值。21125.6610ADDdiIedf235.6610DDdiI1.8试计算常温下（设T=300K）5MΩ电阻上相应的均方根噪声电压值（同样设频宽为1MHz），并与1MHz能量在20pF电容上的输出幅值作比较。2222542.8810VkTdvdiRdfRR∵212ECV∴2/0.126VVEC1.9求单个矩形脉冲f（t）通过低通滤波器，RC=T，RC=5T，及RC=T/5，时的波形及频谱。(/2)/0/(/2)/0()1(1)tTRCTRCtTRCVteee/2/2/2/2tTTtTtT1.10电路中，若输入电压信号Vi（t）=δ（t），求输出电压信号V0（t），并画出波形图，其中A=1为隔离用。Ut211()111oRsscVsRCRRsscscsc由21tstes，得：01()1tRCtVteRCRC1.12设一系统的噪声功率谱密度为2222()//iSabc，当此噪声通过下图电路后，求A点与B点的噪声功率谱密度与噪声均方值。对A点：1()1jRChjRC,12()1RChRC22222222122()()()1AiabcSSh噪声均方值：22111()()2iVohSd222222222121abcd对B点：222222222()1iabcS，221()1hRC2222222222221()()()11BiabcSSh22222222221abc噪声均方值：22221()()2iVohSd2222222222121abcd第二章2.1电荷灵敏前置放大器比电压灵敏前置放大器有什么优点？为什么把反馈电容称为积分电容，作用是什么？优点：VOM稳定性高，能用高能量分辨能谱系统Cf起积分作用，当A很大时，(1)ififiCCACC2.2试对下图典型的电荷灵敏前置放大器电路在输入冲击电流I(t)=Q·δ(t)时，1234ABCD4321DCBATitleNumberRevisionSizeA4Date:12-Jun-2002SheetofFile:C:\MyDocuments\核电子学试卷.ddbDrawnBy:RfCfA1Vo(t)i(t)（1）求Vo(t)的一般表达式（2）当Cf=1pF,Rf=109Ω时，画出大致波形并与Rf→∞时作比较。（1）∵11//1OfffffQVsQRsCCsRC∴fftRCOfQVteC（2）RfCf=109×10-12=10-3(S)2.4一个低噪声场效应管放大器，输入等效电容Ci=10pF，输入电阻Ri=1MΩ，栅极电流IG=0.1μA，跨导gm=1mA/V，CgsCc，放大器频带Δf=10MHz，T=290K，1/f噪声可忽略，求输入端等效噪声。输入电阻热噪声：24RikTdidfRiIg噪声：22gIgdieIdf沟道热噪声：283TmkTdVdfg∴22222ignRiIiTdididiCdVV(t)-Q/Cft∞10-324823gimkTkTdfeIdfCdfRig2.6分析快电荷灵敏前置放大器，（1）画出简化框图（2）分别计算电荷和能量变换增益；（ω=3.6ev/电子空穴对，e=1.6×10-19库仑）（3）估算电路的开环增益（gm=5mA/V,A3=0.98）（4）估算该前放的上升时间（Ca=5pF,Ci=5pF）（2）ACQ=1/Cf=1×1012V/CACE=e/(Cfω)=44.4mv/Mev（3）A0=gmR6/(1-A3)=3000（解决）（4）tr0=2.2RaCa/(1+A0F0)=2.2Ca(Ci+Cf)/gmCf=13.2ns2.7讨论电荷灵敏、电压灵敏、电流灵敏三种前置放大器的特性，各适于哪方面的应用，为什么？电流灵敏前放输出快，对输出电流信号直接放大，常用作快放大器，但相对噪声较大，主要适用于时间测量系统。电荷灵敏前放和电压灵敏前放用于能谱测量系统，电荷灵敏前放比电压灵敏前放输出电压稳定性高，可用在能量分辨率较高的系统。第三章3.1试论述放大器在核物理实验中的作用，对各个性能指标应如何协调考虑？放大器在核物理实验中主要有放大和成形作用。，且必须保持探测器输出的有用信息。对各个性能指标应从能量测量和时间测量分别考虑。3.2谱仪放大器的幅度过载特性含义是什么？计数率过载含义是什么？二者引起的后果有何区别？幅度过载：信号超出线性范围很大时，放大器一段时间不能正常工作，后果：不能工作的死时间存在计数率：放大器中由于计数率过高引起脉冲幅度分布畸变后果：峰偏移和展宽3.3试说明能否通过反馈来减少干扰和噪声对放大器的影响？用什么方法可以减少干扰和噪声对放大器的影响？不能。用同向接法。用双芯同轴电缆把信号送到差分放大器。3.4试分析和讨论下面两个谱仪放大节电路，指出在电路中采取了什么措施，目的是什么？1234ABCD4321DCBATitleNumberRevisionSizeA4Date:11-Jun-2002SheetofFile:C:\MyDocuments\核电子学试卷.ddbDrawnBy:Q1Q2Q3Q42K51030u20K0.01u5.1K1.5K24+18VVi(t)246.2k3.6k24509.1k30u0.01u10uVo(t)-18V0.01u30ua：T1共射极放大，T3,T4两级共集电极放大恒流源作负载，10μ自举电容，电压并联负反馈。b：T1共基，T2共射，T3共集，T4，T5互补复合跟随器。1μ自举电容，电压并联负反馈。3.5极零相消电路和微分电路有什么区别？如何协调图示的参数，使它能达到极零相消的目的？不同之处，极零相消使时间常数变小，指数衰减信号通过微分电路会产生下冲。11iVss，2212121111RsscHsssRRsc故2212122211111111OssVssssss“极”“零”相消，即1s与21s相消，所以当τ=τ2时满足，即τ=R2C.3.6有源积分滤波器与无源积分滤波器相比有什么优点？门控积分滤波器有什么特点？优点：有源滤波器更接近于理想的微分和积分特性，把放大和滤波成形连在一起，既节省元件，又比无源滤波器级数少，效果好。门控有源积分器输出平顶波波形，对减少弹道亏损很有利，信噪比相对较好。3.7试说明核信号通过图示的滤波成型电路后得到什么，失去什么，画出图形。得到能量信息，失去了时间信息。极零相消，两次无源积分，加两次有源积分。3.8说明弹道亏损的原因。输入电流的脉冲宽度有限时，在信号的宽度内，电容C被充电，且通过R放电，故产生弹道亏损。3.9什么是信号的峰堆积和尾堆积？对输出信号的幅度产生什么影响？引起什么样的谱形畸变？其它信号尾部或峰部影响信号峰值。影响：增加幅度。引起峰值右移，出现假峰。3.10说明基线起伏的原因。并分析CCD基线恢复器的工作原理，输入图示波形，画出输出波形。脉冲通过CR网络时，由于电容器上的电荷在放电时间内，未能把充电的电荷放光，下一个脉冲到达时，电容器上的剩余电荷将引起这个新出现的脉冲的基线偏移。输出波形趋势线：3.11门控基线恢复器有什么特点？并联型的和串联型的有什么区别？门控基线恢复器消除了单极性脉冲信号产生的下击信号，改善了恢复器对小间隔信号的非线性，因此有很高的计数率特性。不同：记忆电容C串联或并联于信号通道之中。3.12高能量分辨率和高计数率谱仪放大器是如何来消除峰堆积现象的？加入堆积拒绝电路是否可以使谱仪放大器的计数率提高很多？为什么？加入堆积拒绝电路来消除不能使计数率提高很多，但能保证谱型更加明显，是以牺牲计数率为代价的。3.13快电压放大器和快电流放大器各有什么特点？他们和谱仪放大器相比有什么不同？快电压放大器放大速度比快电流放大器要慢一些，但从稳定性来讲要好一些，信号匹配方式为并联。快电流放大器的分布电容的影响较小，放大速度可以很快，信号匹配为串联。快放大器与谱仪放大器并无原则差别，只是在指标上有所不同。3.14试分析图示的快放大节电路特点。1234ABCD4321DCBATitleNumberRevisionSizeA4Date:12-Jun-2002SheetofFile:C:\MyDocuments\核电子学试卷.ddbDrawnBy:T1T2T3501K47C20.8--8Vi500+EcC510C10.8-8-EcVoT1为共射极放大，有射极电阻。T2，T3为共集电极射极跟随器。C为自举电容。C1相位补偿。3.15使用电阻式弱电流放大器要注意些什么问题？缩短测量时间可以减小零点偏移引起的误差，但是测量时间的减小和灵敏度的提高互相制约。当放大器与信号源用屏蔽电缆连接时，由于电缆电容较大，测量时间就会变得很长。第四章4.1在图4.1.3的集成电路脉冲幅度甄别器中，若VH=0V，VL=－2.6V，R2=510Ω，R3=5.1Ω，R4=100Ω，求滞后电压？42342//42//HYHLRRVVVmVRRR4.2在图4.2.8参考电压运算器中，若VT=5.00V，VW=0.50V，求非对称和对称时的上阈电平、下阈电平、道宽及道中心。非对称：12.75V2UTWVVV，12.5V2LTVV道宽10.25V2ULWVVV道中心12.625V2ULVV对称：12.75V2UTWVVV，12.25V2LTWVVV道宽0.5VULWVVV道中心12.5V2ULVV4.3在一个线性放电型模数变换器中，若保持电容CH=1500pF，恒定电流I=100μA，时钟频率2MHz，若输入信号幅度为5.00V。1．求出该模数变换器的道数m、道宽和变换系数。2．若时钟频率为100MHz，其它参量不变，求道数、道宽和变换系数及输出m。T0=1/