核电子学与核仪器课件17.pptx

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核电子学与核仪器课件6[1]

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核电子学与核仪器课件6[1]
二、电荷灵敏前置放大器
n 2.3电荷灵敏前置放大器的噪声分析
¨ 前置放大器的串联噪声和并联噪声
探测器-前置放大器第一级的信号和主要噪声源的等效电路。
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核电子学与核仪器课件6[1]
二、电荷灵敏前置放大器
n 2.3电荷灵敏前置放大器的噪声分析
（2）低温运用。当温度T低时，a噪声较小，而且由于探测器漏电流及场效应管栅极漏电流减少也使b噪声减少。特别是场效应管的跨导也与温度有关，在一定温度范围内，gm值要比常温大一倍左右。
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核电子学与核仪器课件6[1]
二、电荷灵敏前置放大器
n 2.3电荷灵敏前置放大器的噪声分析
¨ 降低前置放大器噪声的措施
n 2.3电荷灵敏前置放大器的噪声分析
¨ 前置放大器中a噪声和b噪声和c噪声
以a、b、c输入并联电流噪声表示的等效电路：
•等效输入端电流噪声
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•等效输出端电压噪声
核电子学与核仪器课件6[1]
二、电荷灵敏前置放大器
n 2.3电荷灵敏前置放大器的噪声分析
¨ 前置放大器中a噪声和b噪声和c噪声
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核电子学与核仪器课件6[1]
二、电荷灵敏前置放大器
n 2.3电荷灵敏前置放大器的噪声分析
¨ 前置放大器的串联噪声和并联噪声
当反馈足够深时由图(a)
由图(b)
最终得到
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核电子学与核仪器课件6[1]
二、电荷灵敏前置放大器
n 2.3电荷灵敏前置放大器的噪声分析
¨ 前置放大器的串联噪声和并联噪声
变换增益、输出稳定性、输出噪声、输出脉冲上升时间及其稳定性、计数率效应

核电子学与核仪器课件16

一、时间分析概述
n 所谓时间分析是指测量的两个相关核事件的时间间隔概率密度分布。表征一个时间分析系统的主要特性是时间分辨，它是指系统能分开两个事件的能力。目前，用电子学方法测量最小时间间隔约为10-13s。
n 电子学测量时间间隔的范围大概为10-3—10-12s之间。通常μs量级的定时称为慢定时，ps量级的定时称为快定时。
触发电路用作定时电路将会存在延迟。
路漫漫其悠远
核电子学与核仪器课件16
二、定时方法
n 2.1前沿定时
¨ 前沿定时误差分析
将输入信号用方程式表示如下：
路漫漫其悠远
定时时间：
核电子学与核仪器课件16
二、定时方法
¨ 前沿定时误差分析
1）输入信号幅度和上升时间变化引起的时间移动
信号幅度变，上升时间不变：
噪声均方根值为vn 噪声引起的过阈时间的标准偏差
路漫漫其悠远
核电子学与核仪器课件16
二、定时方法
4）输入信号统计涨落引起的时间晃动
对于同一种类、同一能量的入射粒子，即使入射到探测器同一区域，探测器输出信号的产生时间、幅度和波形也是涨落的。信号的统计涨落将引起定时的时间晃动。当然，如果定时电路能够消除由于幅度和上升时间变化而产生的时间移动，就能消除由于幅度和上升时间涨落而产生的时间晃动。但是，探测器输出信号产生时间相对于粒子入射时刻的涨落和信号波形的涨落，仍将引起定时电路的时间晃动。
核电子学与核仪器-课件 16
路漫漫其悠远
2020/11/19
核电子学与核仪器课件16
第四章关键点
n 脉冲幅度甄别器
工作原理、微分谱、积分谱、一般要求、半计数法
n 单道脉冲幅度甄别器

核电子学课件 PPT

对于一个实际甄别器不可能全部满足上述要求。一般根据不同的测量对象，侧重于某些方面的要求。
一、脉冲幅度甄别器
• 1.1脉冲幅度甄别器的一般要求
实际甄别器根据其速度不同分为中(低)速甄别器和高速甄别器两类。脉冲幅度甄别器主要的技术指标为：
（1）输入灵敏度甄别器的输入灵敏度指甄别器能输出脉冲的最小输入脉冲幅度。一般为几十毫伏。（2）甄别阈范围一般甄别器的甄别阈范围为几十毫伏到几伏，最大阈电压与最小阈电压之比称为甄别器的动态范围。
怎样用单道脉冲幅度分析器来获得微分谱？
二、单道脉冲幅度分析器
• 2.1单道脉冲幅度分析器工作原理
电路的基本工作原理：上甄别器
VU＝VL＋VW VU
G1
v1
H=VU -VL
VU
VL
v1
vo
VL VL
下甄别器
vo
G2
二、单道脉冲幅度分析器
• 2.1单道脉冲幅度分析器工作原理
vU
存在问题： v1 v1
一、脉冲幅度甄别器
• 脉冲幅度选择的基本电路是脉冲幅度甄别器。它有一个阈电压，称为甄别阈。输入脉冲幅度大于给定的甄别阈时，输出一个脉冲，输入脉冲幅度小于给定的甄别阈时则无脉冲输出。有无脉冲输出输出可分别用逻辑 “ 1” 或逻辑 “0”表示。
甄别器及其工作波形
二、单道脉冲幅度分析器
• 2.1单道脉冲幅度分析器工作原理
简称：（单道）
（Single Channel Analyzer）L
VU
VL
用途：限定信
号的幅度范围。 v1
vo
二、单道脉冲幅度分析器
• 2.1单道脉冲幅度分析器工作原理几个概念 1）上阈：VU 下阈：VL 2）道宽与阈道宽：上下阈之差 VW= VU -VL

核电子学与核仪器课件17

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核电子学与核仪器课件17
符合曲线测量装置及符合曲线
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核电子学与核仪器课件17
三、符合
n 3.2符合电路
¨ 慢符合电路
n 慢符合电路的分辨时间范围大概为10ns到10μs之间。慢符合电路单元大多用与非门作成。
n 实际符合电路都需要一个比较好的输入成形级，使输入信号成形为宽度相同且稳定的脉冲信号。
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核电子学与核仪器课件17
¨ 快信号传输和传输电缆
n 在使用电缆传输信号时，需要区分所传输的脉冲信号是快脉冲还是慢脉冲。由于所用电缆的传输速度一般为 vp=3.3ns/m ，所以信号在电缆中的传输时间为：t=vp·l。信号的上升时间tr<t为快脉冲；上升时间tr>t为慢脉冲。
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核电子学与核仪器课件17
三、符合
n 3.1符合方法
•分辨时间：能够产生符合输出的几个输入端脉冲之间的最大时间间隔。
符合单元的工作波形
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核电子学与核仪器课件17
三、符合
n 3.1符合方法
符合电路所能识别的“同时”，不是严格的同时，只表明两输入脉冲的到达时间在一定范围内。所以tW越大，发生偶然符合的概率就越大。但是， tW也不能选得太小。由于探测器输出信号存在时间涨落和实际的时检电路存在时间移动和晃动，真符合事件产生的两信号可能不同时到达符合电路，在tW过小时将有真符合计数损失，所以要根据实际条件合适选择tW。选择时主要考虑的问题就是真符合效率和偶然符合计数率。
¨ 起-停型时幅变换
时间间隔变换成脉冲幅度的最简单方法是在起始信号与停止信号之间的时间间隔内，用恒定电流充电的方法。

核电子学与核仪器课件3[1]

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核电子学与核仪器课件3[1]
一、核辐射探测器及其输出信号
n 1.2核辐射探测器的主要类别和输出信号
(1)核辐射探测器实质上就是一个能量-电荷转换器，用于把抽象的核辐射信息转换成具体的电信号； (2)对核辐射信息的处理实际上就是对探测器输出信号的处理，从探测器输出信号中提取出核辐射信息，并转换成相应的物理量； (3)核辐射探测器通常可以看成是一个电流源； (4)不同的探测器，其能量-电荷转换过程及持续时间是不同的，输出信号各有其特点，需采用不同的处理方法或手段。
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核电子学与核仪器课件3[1]
一、核辐射探测器及其输出信号
1.2核辐射探测器的主要类别和输出信号
气体探测器
入射粒子在电离室中引起电离，电子、离子漂移形成电流；当外加电压升高时，探测器工作于正比区，就成为正比计数器；当气体放大倍数随电压急剧上升，电子雪崩持续发展成自激放电，则成为G-M计数器。
n 一、核辐射探测器及其输出信号
1.1核辐射探测器的要求和特点 1.2核辐射探测器的主要类别和输出信号 1.3核辐射探测器的基本性能 1.4核辐射探测器的输出电路 1.5核辐射探测器输出信号的数学模拟
n 二、核电子学中的噪声
2.1噪声对核测量的影响 2.2噪声的分类和噪声源
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核电子学与核仪器课件3[1]
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核电子学与核仪器课件3[1]
一、核辐射探测器及其输出信号
n 1.2核辐射探测器的主要类别和输出信号
¨ 半导体探测器
常用的半导体探测器包括金硅面垒探测器、 Ge(Li) 和 Si(Li)探测器、高纯锗探测器等，它们都是以半导体材料为探测介质，具有能量分辨率高，线性范围宽等优点。

核电子学与核仪器课件5[1]

减少外界干扰，提高信噪比，并使连接信号用的高频电
缆阻抗相匹配，通常把放大器分成前置放大器和主放大
器两部分。(在实际测量中，前置放大器的参数很少变动，
பைடு நூலகம்
而由后面的主放大器来调节。)
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核电子学与核仪器课件5[1]
一、概述
n 1.1前置放大器的作用
¨ 提高系统的信噪比
•布局1：传输线长，分布电容大，信噪比小。
n 2.1电荷灵敏前置放大器的主要特性
¨ 变换增益此外，还可以定义能量变换增益ACE，它表示相应于单位能量的射线被探测时，前置放大器输出幅度的大小。
一般，探测器输出信号幅度经过前置放大器放大后比
探测器直接输出的信号要大一个数量级，相对于毫伏量级的一般干扰，前置放大器输出信号的抗干扰能力要强的多。
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核电子学与核仪器课件5[1]
二、电荷灵敏前置放大器
n 2.1电荷灵敏前置放大器的主要特性
¨ 计数率效应
当输入单个电流Q·δ(t)时，由于反馈放大器输入端为虚地，则输出电压为
如输出信号的平均计数率为n时，每个电流脉冲的电荷量为Q，则堆积的输出信号的平均值为
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核电子学与核仪器课件5[1]
n 积分电路与微分电路
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核电子学与核仪器课件5[1]
本堂课主要内容：
n 一、概述
1.1前置放大器的作用 1.2前置放大器的分类
n 二、电荷灵敏前置放大器
2.1电荷灵敏前置放大器的主要特性 2.2电荷灵敏前置放大器的基本电路和实例分析
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核电子学与核仪器课件5[1]
一、概述
电压灵敏前置放大器的主要问题是输入端总电容Ci决定于CD、CA和CS，它们不是稳定不变的。例如，放大器输入电容CA可能由于输入级增益不稳定而变化；使用 P-N结半导体探测器时，如偏压不稳定，则其结电容CD 将发生变化等等；这时Ci也就随之变化。当Ci不稳定时，输出电压幅度也不稳定，在能谱测量中，这将使系统的分辨率降低。在输入端并联大容量的电容器可减小输入总电容中不稳定因素的相对影响，然而，这将使信号幅度减小，信噪比降低。

核电子学与核仪器

1．解释：核辐射探测器辐射探测器是将入射射线的信息(能量、强度、种类等)转换成电信号或者其它易测量信号的转换器，即传感器或换能器。

是用来对核辐射和粒子的微观现象，进行观察和研究的传感器件﹑装置或材料。

2．核辐射探测的主要内容有哪些？辐射探测的主要内容有：记录入射粒子的数量(射线强度)，测定射线的种类，确定射线的能量等。

应用要求不同，探测的内容可能不同，使用的辐射探测器也可能不同。

3．常见的核辐射探测器按工作原理可分成哪几类？常见的辐射探测器，按工作原理可分成以下几类:①利用射线通过物质产生的电离现象做成的辐射探测器，例如，电离室、半导体探测器等。

②利用射线通过物质产生荧光现象做成的探测器，例如，闪烁计数器。

③利用辐射损伤现象做成的探测器，例如，径迹探测器。

④利用射线与物质作用产生的其他现象，例如，热释光探测器。

⑤利用射线对某些物质的核反应、或相互碰撞产生易于探测的次级粒子做成的探测器，例如，中子计数管。

⑥利用其他原理做成的辐射探测器。

4．闪烁计数器由哪几个部分组成？答：闪烁计数器由闪烁体和光电倍增管等组成。

5．核辐射探测器输出的脉冲，其哪些参量与射线强弱、能量大小有着什么样的定性关系？入射射线强时，单位时间内产生的脉冲数就多一些；入射粒子能量大时，产生的光子就多，脉冲幅度就大一些，从这些情况便可测知射线的强度与能量。

6．对用作核辐射探测器的闪烁体有哪些要求？①闪烁体应该有较大的阻止本领，这样才能使入射粒子在闪烁体中损耗较多的能量，使其更多地转换为光能，发出较亮的闪光。

为此，闪烁体的密度及原子序数大一些对测量γ射线是合适的。

②闪烁体应有较大的发光效率(也称转换效率)。

③闪烁体对自己发出的光应该是透明的，这样，闪烁体射出的光子可以大部分(或全部)穿过闪烁体,到达其后的光电倍增管的阴极上，产生更多的光电子。

④闪烁体的发光时间应该尽可能短。

闪烁体的发光时间越短，它的时间分辨能力也就越强，在一定时间间隔内，能够观测的现象也就更多，可以避免信号的重叠。

核电子学基础 ppt课件

频域卷积
若 Z[ x( n)] X ( z ) 1 Z[h( n)] H ( z ) z 1 则 Z[ x( n)h( n)] X ( ) H ( v ) v dv C 1 2 j v
PPT课件 16
3、Z变换的性质

帕色伐尔定理
若 Z [ x( n)] X ( z )
*
Z [h( n)] H ( z )且令z e j
1 则 x ( n )h ( n ) 2 n=-

2

X ( ) H * ( )d
当x ( n) h( n)时，上式变成
n=-

1 x ( n) 2
2

X ( ) d
PPT课件 17
3、Z变换的性质
PPT课件 14
3、Z变换的性质

z域尺度变换
若 Z [ x ( n)] X ( z ) z 则 Z [a x( n)] X ( ) a
n

时间反转
若 Z[ x(n)] X ( z ) 则 Z[ x( n)] X ( z )
PPT课件 15
3、Z变换的性质

时域卷积
若 Z[ x(n)] X ( z ) Z[ y(n)] Y ( z ) 则 Z[ x(n)* y(n)] X ( z )Y ( z )
u( t t 0 )
1 1 j t0 W XY ( ) X ( )Y ( ) பைடு நூலகம் e j j
*
1 j t0 2 e 2
PPT课件
24
2、信号相关分析

信号的自相关函数
为了确定信号 x(t) 与其时移副本 x(t-τ) 之间的差别程度或相似程度，定义了自相关函数

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输入端1成形电路
＋12V
100ns
tW
tW
2.6k
R1
A
D1 R4
1k
D4
D3
D2 R3
5.6k
v3
v2
v3
单稳电路
0V
v4
D5
v5
B
1
C2
5.5－18 p
甄别器
－12V
－12V
1
调
I
4.2k
分
恒流源
辨
500ns
v6
率时
200
T 6.8
间 2k
680
C3
v
符合输出
单稳电路（输出成形）
1
G
2
3
4.6k
3.1符合方法
理想的符合是指两个事件在时间上是完全重合的，但实际上这是不可能的，因为任何一个核时间都有一定的时间过程，所以实际的符合是指事件在一定的时间间隔内的重合。符合单元的基本逻辑功能相当于一个数字门电路。
三、符合
3.1符合方法
分辨时间：能够产生符合输出的几个输入端脉冲之间的最大时间间隔。
四、时间量变换方法
四、时间量变换方法
4.2时间-幅度变换
时幅变换原理电路框图
四、时间量变换方法
4.2时间-幅度变换
起-停型时幅变换在前面的讨论中，都假设在测量时间间隔时，每个起始信号都对应一个停止信号。但是，在实际工作中，起始道对应的探测器和停止道对应的探测器的探测效率不会完全相同，所以一个探测器探测到的核辐射信号在另一个探测器可能探测不到，因此，在时幅变换中，除了有起有停情况外，还有另外两种情况：一个是有起始信号无停止信号；另一个是有停止信号无起始信号。
目前，时间间隔数字编码的主要方法可分为两类。一类是时间-数字变换，另一类是时间-幅度变换。
四、时间量变换方法
4.2时间-幅度变换(TAC)
实现时间-幅度变换就是把时间间隔的长短变换成幅度的大小。按工作原理的不同，可以把时幅变换分成两类：起停型时幅变换器和重叠型时幅变换。
起-停型时幅变换
时间间隔变换成脉冲幅度的最简单方法是在起始信号与停止信号之间的时间间隔内，用恒定电流充电的方法。
四、时间量变换方法
4.1时间分析
时间分析是分析一个核态与另一个核态之间的时间关系，也就是测量核事件的时间间隔概率密度分布。一个为起始事件，另一个事件为停止事件，两个事件相对时间间隔大小是随机分布的。在电子学上，就是测量相应的起始信号和停止信号之间时间间隔的分布。
一般，两个信号之间的时间间隔分布可用延迟符合方法获得。延迟符合测量是改变两道符合输入信号之间的相对延迟时间td，测量其相应的计数。设符合电路分辨时间为τ，则对于延迟时间td，符合电路只选择那些时间间隔落在td±τ中的脉冲对加以记录，逐点改变 td，就可以测得延迟符合曲线。
四、时间量变换方法
4.1时间分析
用上述的方法测量一个时间分布要花费很多时间，同时也带来仪器长期稳定性问题，而且放射性活度的变化也会影响到测量结果。为此，需要一次测量就能得到时间间隔分布的多道时间分析器。
用多道时间分析器进行时间分析，与用多道脉冲幅度分析器进行幅度分析类似，首先要将时间间隔作为数字编码，然后对数字化信息进行统计和分析。多道分析器在一次测量中能将具有各种时间间隔的脉冲对进行分类。
+24V
I
4.2k
3
I
4.2k
2
三、符合
3.2符合电路
快符合电路快符合电路单元是用高速元器件(高速隧道二极管、高速二极管)做成的。
隧道二极管基本符合单元
相加型共基极快符合电路单元
三、符合
3.3快信号的传输和纳秒延迟器
快信号传输和传输电缆
在核电子学中，快信号在各个部件之间传输是由传输电缆完成的。一般，信号在电缆中传输的速度为光速的66%。若为延迟电缆，则中心导线是螺旋形的。
核电子学与核仪器
覃国秀
qinguoxiu198201@
Tel: 13807947408
核技术教研室
2009/06/04
本堂课主要内容
三、符合
3.1符合方法 3.2符合电路 3.3快信号的传输和纳秒延时器
四、时间量变换方法
4.1时间分析 4.2时间-幅度变换 4.3时间-数字变换
五、脉冲波形甄别
电缆的主要特性有特性阻抗、单位长度电容和衰减系数。当电缆与高压连接的时候，还需注意电缆的耐压大小。
快信号传输和传输电缆
在使用电缆传输信号时，需要区分所传输的脉冲信号是快脉冲还是慢脉冲。由于所用电缆的传输速度一般为 vp=3.3ns/m ，所以信号在电缆中的传输时间为：t=vp·l。信号的上升时间tr<t为快脉冲；上升时间tr>t为慢脉冲。
符合曲线测量装置及符合曲线
三、符合
3.2符合电路
慢符合电路
慢符合电路的分辨时间范围大概为10ns到10μs之间。慢符合电路单元大多用与非门作成。
实际符合电路都需要一个比较好的输入成形级，使输入信号成形为宽度相同且稳定的脉冲信号。
输入端成形电路
v1
C1
150 p
R2 5.6k
符合单元的工作波形
探测器1 1
探测器2
2
时检1
tW
1
时检2
tW
2
3
三、符合
3.1符合方法
符合电路所能识别的“同时”，不是严格的同时，只表明两输入脉冲的到达时间在一定范围内。所以tW越大，发生偶然符合的概率就越大。但是， tW也不能选得太小。由于探测器输出信号存在时间涨落和实际的时检电路存在时间移动和晃动，真符合事件产生的两信号可能不同时到达符合电路，在tW过小时将有真符合计数损失，所以要根据实际条件合适选择tW。选择时主要考虑的问题就是真符合效率和偶然符合计数率。
对于快脉冲的传输，特性阻抗的匹配时很重要的。
三、符合
3.3快信号的传输和纳秒延迟器
纳秒延时器信号在传工处理过程中都会产生延迟。信号的时间延迟是信号传输和加工的一个普遍现象。对于时间测量系统，这些延迟会影响时间测量结果。
纳秒延迟器一般由延迟电缆和开关组成。
三、符合
3.1符合方法
符合测量是辐射探测中的一种常用和基本的技术。
可用于确定两个或多个电离事件的同时性或时间上的相关性。符合测量分正符合测量（简称符合测量）和反符合测量。
探测器1 探测器2
时检电路1 时检电路2
td1
v1 1 2
符合电路
v3
nE (td )
计数器
td 2 v2
符合方法方框图
三、符合