核辐射探测器与核电子学6前置放大器.ppt

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前置放大器 赖万昌 教授 教材与参考书: 1.《核电子学》(上、下册) 王经瑾,原子能出版社,1983年 2.《核电子技术原理》 王芝英,原子能出版社,1989年 3.《晶体管低噪声电路》 方志豪,国防工业出版社,1984年 4.《低噪声电子设计》 尤忠琪 译,国防工业出版社,1977年 5.《多道脉冲分析系统原理》 屈建石,原子能版社,1987年 6 前置放大器 主要内容: (1)各种信号处理电路; (2)有关技术指标及其测量技术。 要求掌握: (1)电荷灵敏前置放大器 (2)电压灵敏前置放大器 预备知识:场效应管及晶体管放大电路(共射极、 共基极电路)、互补放大器、运算放大器。 第四章 核电子学信号处理概述 第一节 信号处理的基本要求 信号处理电路的基本任务 第一节 信号处理的基本要求 信号处理电路的基本任务: 收集探则器输出的电荷——前置放大器(第五章) 放大信号,便于测量——主放大器(第六、七章) 时间控制——(第八章) 信号判别——甄别电路(第九、十章) 幅度分析——模数变换(第十一章) 第二节 线性系统的一般特性 一、定义: 特性参数保持恒定、不随时间和信号幅度变化的系统,称为线性系统(狭义的)。 输出与输入之间永远保持线性关系的系统(广义的)。 第二节 线性系统的一般特性 二、指标 积分非线性——实际值与拟合值的最大偏差。 微分非线性——实际斜率与平均效率的最大偏差。 稳定性——增益稳定性、零点稳定性。 时间特性——响应速度(信号建立时间,10-9~10-7s)、处理速度(处理一个信号所需要的时间,10-6~10-5s) 二、指标 积分非线性(INL)——Integral nonlinearity 用来描述实际传输特性(虚线)和理想直线的差别。是和最佳拟合直线比较,取垂直方向的最大相对偏差表示。 一般要求INL<±0.1%;高要求INL<±0.01%。 二、指标 微分非线性(DNL)——Differential nonlinearity 用来描述传输曲线的增益(斜率)变化。定义为最大增益与平均增益的相对差。 微分非线性影响输出信息(y)密度分布(△n/△y,即单位y内的信号数)的均匀性。斜率小的地方密集更多的信息。 在能谱测量中,微分非线性将使谱形畸变,影响能量分辨率,但总计数不变。 二、指标 微分非线性 二、指标 稳定性——在线性系统中指的是增益稳定性、零点稳定性。 二、指标 稳定性 二、指标 稳定性 不稳定性产生的原因: 温度变化——在一定环境温度范围内,增益稳定性常表示为温度每变化1℃增益变化的百分数,零点稳定性常表示为温度每变化1℃零点的变化量(绝对值)。 电源变化——电网供电电压变化时(例如变化±10%),以增益变化的百分数和零点的变化量来表示。 长时间工作——环境温度和电网电压不变时,信号处理设备连续工作24小时或持干天,增益变化的百分数和零点的变化量。 信号计数率变化——在信号计数率增高时,由于堆积效应,使信号的峰部互相重叠,或使基线偏移和涨落。 二、指标 时间特性 响应速度——即设备能处理什么量级的时间信息。对于现代的核电子学来说,处现微秒级的是慢速的,处理毫微秒级的是快速的,通常为10-9~10-7s。 处理速度——每处理一个信号所需要的时间。不同的设备差异很大,通常为10-6~10-5s。 第三节 滑移信号发生器(Sliding pulse generator) 一种用来产生白谱(White spectrum)脉冲信号的信号发生器。 白谱脉冲信号——脉冲幅度分布密度为常数的信号,即在各种幅度V处信号的分布密度dn/dV等于常数。 用幅度分析系统测得的白谱幅度谱N=f(m),其连线是一条水平线。但如果幅度分析系统幅度分类不均匀,会在道宽大的道上得到的计数偏多,道宽窄的道的计数就会偏少。 第三节 滑移信号发生器(Sliding pulser) 工作原理与输出波形 电压滑移速率 幅度分布密度 T:斜坡电压的周期; f:脉冲信号的频率; Vo:斜坡电压的幅度。 第四节 信号处理设备的插件化和标准化 标准机架——1950年,电子管 NIM标准(国际核仪器标准)——1964年,晶体管 CAMAC标准(国际仪器标准)——1969年 NIM——Nuclear Instrument Module CAMAC——Computer Aided Measurement and Control 使用时注意电源及信号标准。

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