核电子学复习资料.pdf
核电子学考点
资料范本本资料为word版本，可以直接编辑和打印，感谢您的下载核电子学考点地点：__________________时间：__________________说明：本资料适用于约定双方经过谈判，协商而共同承认，共同遵守的责任与义务，仅供参考，文档可直接下载或修改，不需要的部分可直接删除，使用时请详细阅读内容01核电子学研究信号的特点随机性：用概率密度函数描述，要求仪器稳定可靠。
信号弱，但跨度大：提高信噪比，加前置放大器，主放大器，极零相消等。
速度快：脉冲成形，反堆积技术。
信号：用于描述和记录消息的任何物理状态随时间变化的过程。
（电信号）噪声专指无用或干扰信息信号在产生、传输和放大过程中都伴随有噪声噪声是随机的，服从统计规律。
其基本特性可用统计平均量或统计函数来描述，主要有：均方值：表示噪声的强度（用于信噪比计算）概率密度函数：描述噪声在幅度域内的分布密度自相关函数：提供噪声在时间域里的相关信息功率谱密度函数：给出噪声功率在频域里的分布情况核辐射探测器的结构核辐射探测器的定义：利用辐射在气体、液体或固体中引起的电离、激发效应或其它物理、化学变化进行辐射探测的器件称为辐射探测器。
探测器按探测介质类型及作用机制主要分为：气体探测器；闪烁体探测器；半导体探测器。
三种探测器的工作原理气体探测器：入射带电粒子通过气体，使气体分子电离成电子—正离子对时，它们在外加电场作用下分别作漂移运动，相应在平行板电机上产生感应电荷，并在外电路上产生相应的电信号。
闪烁体探测器：射线入射到闪烁晶体时，先使其中的分子或原子激发，然后在退激时发光，光子通过光电效应转换成光电子，随后通过光电倍增管倍增，最后在阳极上收集成为电流脉冲。
半导体探测器：带电粒子在半导体探测器的灵敏体积内产生电子－空穴对，电子－空穴对在外电场的作用下漂移而输出信号。
三种主要探测器的分析可得出如下结论：(1)核辐射探测器都能产生相应的输出电流i(t)，在电路分析时，可把它等效为电流源；(2)该输出电流i(t)具有一定形状，具有一定时间特性，所以可用于时间分析；(3)如在输出电容上取积分电压信号Vc(t)，则Vc(t)正比于E，可做射线能量测量。
核电子学习题+答案+课后答案
,
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：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，
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，
1
【判断题】
电荷灵敏和电流灵敏析系统。
错
2
【判断题】
要提高放大电路输出稳定性，减小相对变化量，一般要求放大器开环增益A0必须很高。
对
3
【判断题】
信号由基极输入，发射极输出，构成共集电极放大电路，又叫射极跟随器。
对
4
【判断题】
放大电路中的自举电容，从本质上来说起到一种特殊形式的正反馈。
7.定时误差通常按误差产生的原因分为两类：___时移___和___时晃_。
8.放大器输出信息中，总是由：_信号__,__噪声__,__干扰__组成。
二、选择题：（每题2分，共20分）
1.下列探测器中，能量分辨率最佳的是（B）
A.闪烁体探测器B.半导体探测器C.电离室D.气体探测器
2.CR微分电路（高通滤波器）的频率响应为（A）
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。
4.改善放大器线性的方法，可以简单归结为：（1）合理选择工作点__。
（2）__采用负反馈_。
5.谱仪放大器基本上由____放大电路__和滤波成形电路组合而成，对滤波成形电路来讲，有_弹道亏损_____和__堆积畸变_两种信息畸变。
6.脉冲幅度甄别器是将__模拟脉冲__转换成__数字逻辑脉冲_输出的一种装置。
核电子学复习资料
第一章核电子学系统中的信号与噪声电信号是指随着时间而变化的电压或电流，因此在数学描述上可将它表示为时间的函数，并可画出其波形。
信息通过电信号进行传送、交换、存储、提取等。
核辐射探测器的主要类别和输出信号气体探测器半导体探测器闪烁体探测器核电子学中的噪声噪声的分类和噪声源散粒噪声热噪声低频噪声核电子学中的信号与噪声分析基础时域和频域分析核电子学中常见的基本电路分析探测器的输出电路RC积分电路（低通滤波器）CR微分电路（高通滤波器）短路延迟线核电子学测量系统概述系统的基本组成核电子学常用的信号处理系统1 前置放大器2 主放大器3 幅度或时间信息的甄别4 模数变换5 数据获取的分析和处理第二章前置放大器前置放大器的作用1 提高系统的信噪比2 减少外界干扰的相对影响3 合理布局，便于调节和使用4 实现阻抗转换和匹配前置放大器的分类电压灵敏前置放大器电荷灵敏前置放大器电流灵敏前置放大器电荷灵敏前置放大器电荷灵敏前置放大器的主要特征1 变换增益2 输出稳定性3 输出噪声4 输出脉冲上升时间（）及其稳定性5 计数率效应电荷灵敏前置放大器的基本电路和实例分析1 电路分析2 定量估算电压灵敏前置放大器第三章放大器放大器在核测量系统中的作用放大器的基本参量及测量方法放大器的放大倍数（增益）及其稳定性放大器的线性放大器的噪声和信号噪声比放大器的幅度过载特性放大器的计数率过载特性放大器的上升时间放大器的输入阻抗和输出阻抗其它类型的一些放大器偏执放大器快脉冲放大器弱电流放大器谱仪放大器的放大节放大节的结构分立元件构成的放大节电路介绍实际放大节电路的分析放大节电路实例谱仪放大器中的滤波成形滤波成形电路在谱仪放大器中的作用最佳滤波器的讨论滤波成形电路的信息畸变放大器输出信号的描述弹道亏损堆积畸变无源滤波成型电路极-零相消电路极-零相消和RC积分滤波成形电路准高斯滤波成形电路如有侵权请联系告知删除，感谢你们的配合！。
核电子学总结
核电子学复习资料第一章1、核电子学：核科学与电子学相结合的产物，用电子学的方法来获取和处理核信息的科学。
2、核电子学的特点：①输出的电脉冲信号强度在纳秒到微妙量级；②输出的电脉冲信号有随机性、非周期性、非等值性；③测量精度要求高；④信息量大；⑤本底事例多。
3、核电子学发展趋势：①标准化、插件化、集成化；②电子技术和计算机技术紧密结合。
4、核电子学测量系统的三部分：①模拟信号获取和处理系统；②模数转换系统；③数据获取处理系统。
5、为什么需要辐射探测器？不能感知，需要借助辐射探测器探测各种辐射，给出辐射类型、强度、能量及时间等特征。
即对辐射进行测量。
6、核辐射探测器定义：利用辐射在气、液、固体中引起的电离，激发效应或其他物理化学进行辐射探测的器件。
7、核辐射探测器的分类，按作用机制可分为：气体探测器、闪烁探测器、半导体探测器。
8、辐射探测器基本过程：①辐射粒子摄入探测器的灵敏体；②入射粒子通过电离、激发等效应在探测器中沉积能量；③探测器通过各种机制将沉积的能量转换成某种形式的输出信号。
9、辐射探测器的要求和特点：通常核辐射探测器的输出信号是随机分布的电荷或电流脉冲（时间特性、幅度分布上的非周期性和非等值性）。
由脉冲及相关参数所得到的信息：脉冲所携带的电荷量、脉冲出现的准确时刻、脉冲的形状。
10、核电子学信号特点：①随机性；②信号弱，但跨度大；③速度快。
11、探测器的主要类别和输出信号：根据给出信息，分为：电信号、非电信号电信号：气体探测器（气体电离室，正比计数器，G-M管等）、半导体探测器（P-N结、PIN结、高纯锗等）、闪烁体探测器（=闪烁体+光电倍增管）探测器输出信号的特点：①产生相应的输出电流，可等效为电流源；②有一定时间特性，可用于时间分析；③输出电熔上取积分电压信号，可做射线能量测量。
12、核辐射探测器的性能：探测效率：探测器测到的粒子数与此时实际入射到探测器中的该种粒子总数的比值。
输出幅度：由平均电离能和入射离子能量决定。
核电子学
§1.核辐射探测器及其输出信号 §2.核电子学中的噪声 §3 核电子学中的信号与噪声分析基础 §4 核电子学测量系统概述
§1. 核辐射探测器及其输出信号
一.核辐射探测器的要求和特点
探测器输出信号为随机脉冲（时间特性、幅度分布 的非周期性或非等值性）。 由于信号的统计性，要求核电子学用独特方法处理 和研究。 脉冲参数：电荷量、出现时刻、单位时间脉冲数、 脉冲形状（上升时间） 核信息：能量（能损），粒子入射时间、强度、粒 子类型（ α.β.γ.n.p.d）
0
冲击序列
I t ii t Qi t ti
i i
§2. 核电子学中的噪声
一、噪声对核测量的影响 一. 噪声 干扰和噪声 均方值
信噪比 η=Vo/Vno (1.2.2) 等效噪声电压(ENV ) 等效噪声电荷(ENC) 等效噪声电荷数(ENN) 等效噪声射线能量(ENE) 分辨展宽 ( FWHM ) E ( FWHM )2 ( FWHM )2 NE DE
t o
K E
输出信号：图1.1.2
§1. 核辐射探测器及其输出信号
2.半导体探测器 金硅面垒探测器、Ge(Li) 和Si(Li)探测器、HPGe探测器等。 固体电离室，与气体情况类似。平均电离能约3ev，电子空穴收集时间约为10-7s。
vo (t ) Q C 1 C i(t )dt k E
s S /
0
P v S df s d
2 0
0
0
S , R
Байду номын сангаас
组成傅氏变换对。
核电子学3(2007)
信号处理设备的插件化和标准化
213系列标准核仪器空插件
三、主要结构件 1、3mm厚的铝制前面板一件。 2、铝型材支柱四件。 3、侧板二件。 4、3mm厚的铝制后面板一件。 5、M4的紧固螺钉与螺垫各二件。 其它结构件按各类型配套
四、结构特点
插件为组合式，侧板、上下盖板均可拆卸。
信号处理设备的插件化和标准化
信号处理设备的插件化和标准化
信号处理设备的插件化和标准化
信号处理设备的插件化和标准化
参考文献：仪器仪表-GB 5962-1995 NIM标准仪器系统(GBT).pdf
信号处理设备的插件化和标准化
信号处理设备的插件化和标准化
Computer Automated Measurement And Control
信号处理设备的插件化和标准化
标 准 号
IEC 6051679
标 准 名 称
数据处理用插件式仪器仪表系统：CAMAC系统 A modular instrumentation system for data handling; CAMAC system 65P
译 文
75版
IEC 60516数据处理用插件式仪器仪表系统：CAMAC系统 第一次修改 AMD 1-1984 A modular instrumentation system for data handling; CAMAC system 65P
The LeCroy Model 2228A is an Octal Time-To-Digital Converter, packaged in a No. 1 CAMAC module. It incorporates all the advanced operating characteristics which experience has indicated necessary for accurate and reliable measurement of nanosecond time intervals. The Model 2228A has 8 independent channels, each of which measures the time from the leading edge of a common start pulse to the leading edge of its individual stop pulse. Each 2228A channel disregards any stop pulses received before a start signal and will accept only one stop for every start. Conversion begins upon receipt of the start signal, and proceeds until one of the following: a stop signal is received; the cycle is terminated by the application of a front-panel clear signal; or the TDC reaches full scale.
第一章 核电子学
Tn x0 / n 0 ~ 106 s Tp x0 / p 0 ~ 103 s iD in i p
Tn 电子电流持续时间 Tp 离子电流持续时间
电离室输出电流波形
电离室的输出电流信号包含有快成 分（电子电流）和慢成分（离子电 流）。在总输出电荷Q为一定时这 两部分电流所占的比例与粒子入射 位置有关，使得电流波形发生变化， V 因此能量信息和时间信息的提取比 较复杂而且不易准确。
四、核辐射探测器的输出电路
脉冲电离室
i(t) CO RL CS Ri
v(t)
Ri
Ci
Ci
i(t) R C
v(t)
i(t) R C
v(t)
初始条件为：
v(t ) dv(t ) i (t ) C R dt
t 0; i(0) 0; v(0) 0
求解得：
v(t )
e
t RC
C
t
V
N
i(t) rS
辐射源
t
P
i(t)
Q 1 N e vo (t ) i(t )dt C C0 C E e K' E w C
可以用电压信号来测量入射粒子的能量 Q/C
v(t)
t(s)
50ns
100ns
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
t(s)
半导体探测器
金硅面垒探测器
高纯锗半导体探测器
闪烁探测器
t (s)
2、电子脉冲电离室
当 T RC T 时 ： 输出电压脉冲不能达到最大值 vm Ne C 便开始按时间常数为RC的指数率下降，输出电压脉冲大小与入射粒子 位置有关，这时不能作能量测量，只能用作计数测量。
核电子学基础I(第八章)
Rb
IB
定义共发射极直流电流放大系数
UBB
IC IB
IC I B
1
I E (1 )I B IC
表明了电流放 大性能
三极管的电流分配与放大（2）
三极管的电流放大原理
IC E结加正 偏电压 IB Rb UBB
动态 电压
+ ΔUi UBB
UCC
三极管的电流分配与放大（4）
综上所述，三极管的放大作用，主要是依 靠它的发射极电流能够通过基区传输，然后到 达集电极而实现的。 实现这一传输过程的两个条件是：
（1）内部条件：发射区杂质浓度远大于基区
杂质浓度，且基区很薄。
（2）外部条件：发射结正向偏置，集电结反
向偏置。
由图可得各电流之间的关系：
C结加反 又因为： 偏电压 IE = IC + IB
IC = INC + ICBO
IE = INE+ IPE = INB+ INC+ IPE
ICBO
INB
INC
N P N
IPE
INE IE
IB= INB + IPE- ICBO 以上看出，三极管内有 Rc 定义共发射极直流电流放大系数 两种载流子(自由电子和 I NC 1 I NB I PE 空穴)参与导电，故称为 UCC 双极型三极管。或BJT )ICBO 所以有： IC I B (1 (Bipolar(1 )I Junction I CEO CBO---- 穿透电流， 称 Transistor)。 它在实际器件中往往很小，则：
IC最大饱和电流：
IC
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
关○3 实际脉冲宽度在 ps 级别 低频噪声:不明确;特点:噪声电压随频率降低而增大,性能优良的 器件可忽略 3.噪声的来源:物理过程、电子器件、外部干扰 1.噪声主要参量和物理意义 概率密度函数:描述噪声早幅度域内的分布密度 均方值:表示噪声的强度 自相关函数:提供噪声在时间域内相关信息 功率密度函数:给出噪声功率在频率域内的分布 2.核数据获取与处理的方法图
1.写出下列几种电路的冲激响应和频率响应
冲激响应
频率响应
RC 积分电路
1 -) h t = %& '*+*u(t)
1 H w = 1 + &'()
CR 微分电路 RC 并联电路
1 -* h t = $ t - '( )+,*u t
1 -( h t = % &)**u(t)
$%&' H w = 1 + $%&'
1.核电子学是什么? 辐射探测技术与电子技术相结合的学科,把辐射信息转换成电信号或光信 号然后用电子学方法获取,进行处理和分析。 2.噪声的种类,特点和产生原因 散粒噪声:由载流子数目的涨落引起;特点:○1 散粒噪声与载流子运动速率无关○2 平均电流大,电
子涨落大,噪声电流大 热噪声:载流子做随机运动引起;特点:○1 热噪声与导体或电阻温度有关,
3.简述傅立叶变换和拉普拉斯变换的特点○1 模拟和离散系统内,FT 用于频域分析;模拟系统内,LT
作复频域分析○2 FT 便于分析系统的频率特性,分析信号频率和噪声的功率谱○3 LT 便于分析系统
时域和系统参数的关系,系统的稳定性等性能,分析信号波形
1. 总结几种探测器的对比
参数
气体电离室
正比计数器
Q
=
# `$
% VOM
=
% &'
=
() *&'
VO t
=-
'(
--
e./0/
)*+
Cf=1pf Rf=109Ω τ=RfCf=1*10-3sபைடு நூலகம்1ms
6.前放和主放区别:
前放:实现电荷到电压脉冲的转换,对探测器输出信号放大,尽量提高信号的信噪比
主放:对探测器输出电压信号进一步放大,用多种方法对信号进行处理,已尽量提高能量分辨率
$ H w = 1 + '($)
2.表示系统噪声分类方法和意义 等效噪声电压 ENV:实际存在于放大器输入端的噪声功率谱和放大器的频率相应 等效噪声电荷 ENC:输入信号电荷量 Q 与输出信噪比η之比 等效噪声能量 ENE:等效噪声电荷数与探测器平均电离能的乘积 等效噪声晃动:噪声引起定时误差的均方根差值 输入端的噪声不是等效噪声电压,因为 Vn/A 不是一个实际物理量,噪声均方值正比于 A 3.设 f(n)服从高斯分布,求证能量分辨 FWHM=2.36σN ,能量分辨率 R=2.36σN/N 证明:
○1 散粒噪声 s(w)=2n2Q2δ(w)+nQ2/π sS(w)=2I2 δ(w)+Ie/π=Ie/π
○2 热噪声 sT(w)=2Kt/ π R
○3 低频噪声 sF(w)=AF/w=AF/2 πf
1.简述最佳滤波器、白化滤波器和匹配滤波器,三者关系 最佳滤波器可使信噪比最大;白化滤波器把噪声转化为白噪声的一级频率相应为 H1(w)的滤波 器;匹配滤波器为当输入信号频率为其频率响应的复共轭时所获信噪比最佳的滤波器 在输入 噪声不是白噪声时,利用一个白化滤波器把噪声白化,再串联一个匹配滤波器,可得最佳滤波器 2.极零相消的作用 在几级相串联的系统中,将前级传递函数的极(零)点与后级的零(极)点相消, 从而改善输出波形的方法 3.简述滤波成形电路的时间常数,输出脉冲宽度和能量分辨率的关系 峰持时间 tw=twd+tdl 达峰时间(tM=tMd+tdl)为从输出超过εVM 至达到峰值 VM 的时间 延迟时间 tdl 为从冲击输入时到输出达到εVM 的时间 峰底宽度称为脉冲宽度 twd 4.CR-(RC)m 滤波成形电路的信噪比和时间常数 m 的关系 CR-(RC)m 滤波成形网络由一次 CR 微分与 m 次 RC 积分电路组成,存在一个与 m 相关的最佳时间 常数τopt 当τ=τopt 时信噪比最佳 5.简述成形电路造成幅度信息畸变的种类和原因
有较好的线性
线 性 和 电 离 室 接 良好的线性
近
栅流声 10-3
基本无噪声 10-3 散粒噪声 10-3
暗电流 10-4
2.电荷灵敏前放优点:VOM 稳定性高,可用能量分辨率较高的谱仪。Cf 起积分作用,当 A 很大 时,Cif=Ci+(1+A)Cf 3.电流、电压、电荷灵敏前置放大器特点 电流灵敏前放输出快,对输出电流信号直接放大,用于快放大器,但其相对噪声大,主要用于对时 间测量系统;电压灵敏前放与电荷灵敏前放都用于提供探测器输出的电荷信息,在要求不高时电 路比较简单,用于能谱测量分析系统;电荷灵敏前放和电压灵敏前放主要用于能谱测量系统,电 荷灵敏前放比电压灵敏前放输出电压稳定性高,可用于高能量分辨率系统 4.1MeV 射线全部消耗与半导体探测器中时,可输出多大幅值的信号？分辨性能如何 Cf=10pf=10-11f E=1MeV Q=Ee/`w=5.1*10-14C VOM=Q/Cf=5.1MeV 分辨性能好 5.当输出冲击电流 I(t)=Q*δ(t),求 V0(t),当 Cf=1pF,Rf=109Ω,画波形
4.简述核辐射探测器中噪声的种类特点和产生机理 散粒噪声:载流子数目发生波动引起电流瞬间涨落;与电子热运动速度无关,其平均电流大,电子 数涨落大,噪声电流大。 热噪声:自由电子不停地做热运动,由于电子不断和正离子碰撞,外回路感应电流起伏变化;与电 阻或导体的温度有关,温度升高热运动增强,热噪声与外加电压无关 低频噪声:原因未知;电压低,频率低,噪声电压随频率降低而增大 5.写出各种噪声的功率密度谱及函数表达式
半导体探测器
能量电荷转
1
换系数
θ = $ w=30eV
固有分辨率
$%
Vm = & 较好
θ= #
$
w=30eV
$%&
Vm = ' 较好
1
θ = $ w=3eV
$%&
Vm = ' 最好
闪烁体探测 器
# θ=$
w=300eV
$%&
Vm = ' 差
线形 稳定性
低能物理实验中具 工 作 电 压 较 低 时 对 各 种 粒 子 具 有 线性差