《核电子学》习题解答

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()t o i t I e τ

-=时，求此电流脉冲在

探测器输出回路上的输出波形并讨论R 0C 0<<τ的情况。

V 0(s) = I 0(s)·[R 0∥(1/sc)]

= I 0[1/(s+1/τ)]·[R 0(1/sc 0)/( R 0+(1/sc 0)) =( I 0/ c 0)·{1/[(s+1/τ) (s+1/ R 0 c 0)]}

∴

当R 0 c 0<<τ时，τ－R 0 c 0≈τ

∴

1.5 如图，设，求输出电压V(t)。

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？

ENV ENC ENN ENE η(FWHM)NE

不是

1.7 设探测器反向漏电流I D =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I D 的比值。

115.6610A -==⨯

=

35.6610D

I -=⨯=

1.8 试计算常温下（设T=300K ）5M Ω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。

52.8810V -===⨯

∵

2

12

E CV =

∴0.126V V ==

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。

1.10 电路中，若输入电压信号V i（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。

t

1.12 设一系统的噪声功率谱密度为2222

()//i S a b c ωωω=++，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：

噪声均方值：

对B点：

噪声均方值：

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：V OM稳定性高，能用高能量分辨能谱系统

C f起积分作用，当A很大时，

Rf

Cf A1V o(t)

i(t)

2.4 一个低噪声场效应管放大器，输入等效电容C i=10pF，输入电阻R i=1MΩ，栅极电流I G=0.1μA，跨导g m=1mA/V，C gs<

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（g m=5mA/V, A3=0.98）

（4）估算该前放的上升时间（C a=5pF, C i=5pF）

（2）A CQ=1/Cf=1×1012 V/C

A CE=e/(C fω)=44.4 mv/Mev

（3）A0=g m R6/(1-A3)=3000

（4）tr0=2.2R a C a/(1+A0F0)=2.2C a(C i+C f)/g m C f=13.2 ns

2.7 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？

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。

故

“极”“零”相消，即s+1/t与s+1/t2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。