光电倍增管分压电路

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0 引言

光电倍增管是一种灵敏度极高响应速度极快的真空光

电器件，由入射窗、光阴极面、倍增系统和阳极等部分构成。光电倍增管的性能主要由光阴极和倍增极以及极间电圧决定，为使光电倍增管正常工作，要在阴极和阳极之间加上500V～3000V 左右的高压，而得到各极间规定电压的回路

就称为电压分配回路，也叫作高压分压电路。1 高压分压电路

常用的高压分压电路根据其用途的不同一般分为电阻

型、组合型两种。光电倍增管阴极与阳极之间的分压最常用的就是电阻

分压模式，见图1。其中，I b 是流过分压器回路的电流，叫

做分压器电流，它和光电倍增管的输出线性有很大的关系。 图1 电阻分压回路

其中，I b 的计算方法如下：

()

127b V

I R R R =++…+若需要满足光阴极和第一倍增极之间以及末级倍增极和阳极之间的电压的稳定时，也可另外使用齐纳二极管进行

分压，方法见图2。

图2 使用电阻和齐纳二极管的分压回路其中，I b 的计算方法如下： ()41123ZI i b V D I R R R =?=++∑在大多数使用场合下，为了贴合实际获得更好的性能，会对上述两种分压电路进行一定的改变。当阳极需要输出大电流时，为了维持倍增极电势的稳定并获得高的峰值电流，在分压器电路中需将大容量电容与后几级分压电阻并联。电容值取决于电荷量的大小，如果要获得输出电流与入射光之间高于1%的线性度，其电容值应至少是每个脉冲电荷量的100倍，即： C 100It V ＞其中，I 为峰值输出电流，单位为A；t 为脉冲宽度，单位为s；V 为电容上电压值，单位为V。如当阳极需要输出高幅值脉冲时，如果极间电压保持不变，随着入射光的增加就会出现输出饱和现象，这是由于电极间的电子密度的增大而出现的空间电荷效应妨碍了电子流的正常传输所致。该饱和电流的大小，尤其与光电倍增管末级倍增极附近和阳极的电极结构以及电极间所加的电压不同而异。对于这一效应比不在电子密度高的最后2~4级采用比标准电压分配高的电压，使电极间有高的电场强度，克服空间电荷效应影响。这种分压器称为锥形分压器，它能将输出线性度提高5~10倍。最佳的脉冲线性特性的分压器的电压配比随光电倍增管种类而异。在高能物理应用领域，因为多要求高的脉冲输出，多使用锥形分压器。但使用这种分压器的阳极输出，要比通常的分压器下降1/5左右，必须提高工作电压。2 分压器设计准则在设计分压器时，需要考虑以下两个方面：允许的非线性偏离和阳极峰值电流。对应的设计准则如下： ■2.1 极间电圧的分配光电倍增管的阴极到聚焦极以及到第一倍增极的电压

分配将对于光电子的收集效率和第一倍增极的二次电子发射系数有较大影响。这些将是决定输出的信噪比、单光子及阎珍德

（北京滨松光子技术股份有限公司，北京，100020）摘要：光电倍增管（光电倍增管, photomultiplier tube）作为微弱光探测器和闪烁探测器的重要组成部分，其分压电路直接影响到光电倍增管的输出性能。配合不同的应用场合，设计出不同的分压电路，以达到为各倍增极提供合适电压分布的目的，从而获得稳定的总增益以及较好的输出特性。关键词：光电倍增管；分压；探测器；电路