核電子學考點

1、01核電子學研究信號的特點隨機性：用概率密度函數(shù)描述，要求儀器穩(wěn)定可靠。信號弱，但跨度大：提高信噪比，加前置放大器，主放大器，極零相消等。速度快：脈沖成形，反堆積技術。信號：用于描述和記錄消息的任何物理狀態(tài)隨時間變化的過程。（電信號）噪聲專指無用或干擾信息信號在產生、傳輸和放大過程中都伴隨有噪聲噪聲是隨機的，服從統(tǒng)計規(guī)律。其基本特性可用統(tǒng)計平均量或統(tǒng)計函數(shù)來描述，主要有：均方值：表示噪聲的強度 （用于信噪比計算）概率密度函數(shù)：描述噪聲在幅度域內的分布密度自相關函數(shù)：提供噪聲在時間域里的相關信息功率譜密度函數(shù)：給出噪聲功率在頻域里的分布情況核輻射探測器的結構核輻射探測器的定義：利用輻射在氣體、液

2、體或固體中引起的電離、激發(fā)效應或其它物理、化學變化進行輻射探測的器件稱為輻射探測器。探測器按探測介質類型及作用機制主要分為：氣體探測器；閃爍體探測器；半導體探測器。三種探測器的工作原理氣體探測器：入射帶電粒子通過氣體，使氣體分子電離成電子正離子對時，它們在外加電場作用下分別作漂移運動，相應在平行板電機上產生感應電荷，并在外電路上產生相應的電信號。閃爍體探測器：射線入射到閃爍晶體時，先使其中的分子或原子激發(fā)，然后在退激時發(fā)光，光子通過光電效應轉換成光電子，隨后通過光電倍增管倍增，最后在陽極上收集成為電流脈沖。半導體探測器：帶電粒子在半導體探測器的靈敏體積內產生電子空穴對，電子空穴對在外電場的作用

3、下漂移而輸出信號。三種主要探測器的分析可得出如下結論：(1)核輻射探測器都能產生相應的輸出電流i(t)，在電路分析時，可把它等效為電流源；(2)該輸出電流i(t)具有一定形狀，具有一定時間特性，所以可用于時間分析；(3)如在輸出電容上取積分電壓信號Vc(t)，則Vc(t)正比于E，可做射線能量測量。氣體探測器：電離室、脈沖電離室、正比計數(shù)器、G-M計數(shù)器閃爍體探測器：NaI探測器，CsI探測器半導體探測器：金硅面壘探測器、高純鍺探測器核輻射探測器的基本性能探測效率：探測器測到的粒子數(shù)與此時實際入射到探測器中的該種粒子總數(shù)的比值。輸出幅度大小、穩(wěn)定性線性響應（探測器所給出的信息，與入射粒子相應的

4、物理量成線性關系）分辨率：探測器實際分辨核信息的能力，主要有能量分辨率、時間分辨率、空間分辨率。噪聲與干擾：干擾可在電路和工藝上予以減小或消除，噪聲可以設法減小但無法消除噪聲的衡量：信噪比、等效噪聲能量、等效噪聲電荷、等效噪聲電壓核電子學中的主要噪聲：散粒噪聲、熱噪聲、低頻噪聲02前置放大器的作用：提高系統(tǒng)的信噪比、減少外界干擾的相對影響、合理布局，便于調節(jié)和使用、實現(xiàn)阻抗轉換和匹配前置放大器可分為電壓靈敏前置放大器，電荷靈敏前置放大器和電流靈敏前置放大器。前置放大器的串聯(lián)噪聲和并聯(lián)噪聲探測器漏電流噪聲串聯(lián)電流噪聲電阻RD熱噪聲場效應管柵極漏電流噪聲反饋電阻熱噪聲并聯(lián)電壓噪聲場效應管溝道噪聲場

5、效應管閃爍噪聲降低前置放大器噪聲的措施（1） 輸入級采用低噪聲器件（低溫運用的結型場效應管）（2） 低溫運用 a噪聲較?。?） 減少冷電容C（4） 反饋電阻Rf和探測器負載電阻RD，常通過實驗選用低噪聲電阻，阻值一般在1091010左右。低溫工作電壓和電荷靈敏前置放大器的共同點是：當探測器輸出電流脈沖時，都對輸入電容充電。它們輸出信號幅度都與射線能量成正比，所以均可用于能譜測量。電流靈敏前置放大器就是對輸入電流響應較快的放大器，也稱為快前置放大器，它是對探測器輸入電流信號直接進行放大，不是積分成電壓，而是輸出電壓或電流幅度與輸入電流成正比。用作定時測量。03放大器在核測量系統(tǒng)中的作用：放大、濾

6、波成形放大倍數(shù)及其穩(wěn)定性：在一定的成形電路時間常數(shù)條件下，輸出脈沖和輸入脈沖幅度之比。提高放大倍數(shù)的穩(wěn)定性最有效的方法是采用深度負反饋放大器的線性：指放大器的輸入信號幅度和輸出信號幅度之間的線性程度放大器的噪聲和信噪比：采用合適的濾波成形電路來限制頻帶，就能抑制噪聲放大器的幅度過載特性：放大器工作有一個線性范圍，當超出線性范圍時，就要產生兩種情況：超過線性范圍較小時，放大器還能正常工作；當超出線性范圍很大時放大器在一段時間內就不能正常工作。這種現(xiàn)象就稱為放大器的幅度過載，不能正常工作的時間就稱為放大器的死時間。放大器的計數(shù)率過載特性：放大器中，由于計數(shù)率過高所引起的脈沖幅度分布的畸變稱為放大器

7、的計數(shù)率過載。放大器的上升時間：上升時間主要對信號的前沿而言譜儀放大器中最常用的反饋形式是電壓并聯(lián)負反饋和電壓串聯(lián)負反饋兩種。反饋的作用，反饋是否可以降低噪聲，在放大器中如何降低噪聲的干擾？ 提高放大倍數(shù)的穩(wěn)定性，改善非線性。不能用負反饋來改善放大器的信噪比，為降低噪聲，除了對輸入級器件作嚴格的挑選外，在電路的接法上也需注意。濾波成形電路在譜儀放大器中的作用抑制系統(tǒng)的噪聲，使系統(tǒng)信噪比最佳；使信號形狀滿足后續(xù)分析測量設備的要求。白化濾波器與匹配濾波器的作用？ 白化濾波器：使前置放大器輸出的噪聲變?yōu)榘自肼?，使后續(xù)匹配濾波器的功率譜密度為常數(shù)匹配濾波器：使白化濾波器輸出的信號獲得最佳信噪比彈道虧損

8、:由于入射粒子在探測器中射程及徑跡不同，它的電流脈沖持續(xù)時間可以有很大的差別。當有一定寬度的電流脈沖輸入時，在探測器回路中輸出信號幅度總小于沖激信號輸入時的輸出幅度，這種情況稱之為彈道虧損。譜儀中多采用準高斯型的阻容濾波成形電路，這種電路的時間常數(shù)較大，輸出信號有一定的峰部和緩慢衰減的尾部。一般可以將脈沖堆積對幅度測量的影響分為峰堆積影響和尾堆積影響。峰堆積：兩個脈沖之間的時間間隔小于第一個脈沖的達峰時間尾堆積：兩個脈沖之間的時間間隔小于分辨時間，大于第一個脈沖的達峰時間無源濾波成形電路極-零相消和RC積分濾波成形電路極-零相消電路：在幾級相串聯(lián)的系統(tǒng)中，將前級傳遞函數(shù)的極（零）點和后級的零（

9、極）點相消，從而改善輸出波形的方法稱為極-零相消。準高斯濾波成形電路而CR-(RC)m濾波成形電路能獲得準高斯波形的脈沖。(CR)2-(RC)m濾波成形電路（雙極性濾波成形）無源濾波成形電路、有源濾波成形電路有源微分電路 H(S)=SRC 有源積分電路 H(S)=1/SRCCD及CDD基線恢復器工作原理：利用二極管的單向導電能力和電容的充放電特性，使得脈沖前沿時，充電電流較小，脈沖結束時，放電電流較大，這樣基線就不會產生偏移工作過程：堆積拒絕電路工作原理：一旦信號發(fā)生堆積后，根據(jù)堆積情況，在電路上可以給出堆積標志信號作為禁止輸入信號，這個信號可以加到后面分析測量系統(tǒng)中，以禁止這個堆積信號進入分

10、析測量系統(tǒng)中去，達到剔除堆積信號的目的。工作過程：死時間校正：在監(jiān)察信號的周期時間Tip內，如果再有信號輸入都要被舍棄，因此監(jiān)察時間就是堆積拒絕電路所產生的死時間，在這個死時間內不能記錄輸入信號。計時電路就不應把這個時間記入測量時間，而應從總的測量時間里扣除這個死時間得到活時間。由測到的總計數(shù)率除以活時間就是信號的計數(shù)率。這種辦法就是死時間校正。允許最高計數(shù)率：當輸入脈沖的平均計數(shù)率為 輸出無堆積的信號計數(shù)率的最大值為 04脈沖幅度甄別器的功能：當輸入信號的幅度低于某一給定值時，沒有輸出信號；而超過這一給定值時，就輸出一個一定幅度的信號。脈沖幅度甄別器的一般要求:（1）輸入靈敏度（2）甄別閾范

11、圍（3）甄別閾穩(wěn)定性（4）甄別閾線性單道脈沖幅度分析器工作原理用于幅度分析的模數(shù)轉換器及其基本性能幅度分析是指測量信號幅度的分布。即按信號幅度大小進行分布計數(shù)。模數(shù)轉換是將脈沖幅度變換成數(shù)字量，即按脈沖幅度大小分類編碼，然后分別記入存貯器相應的各個地址單元中。道寬、變換系數(shù)、最大道數(shù)的定義及相互之間的關系相鄰兩個量化電平間的差值稱為模數(shù)變換器的單個道寬h，所有單個道寬的平均值稱為模數(shù)變換器的道寬H。變換系數(shù)：每單位幅度可變換成多少道數(shù)。它與道寬是倒數(shù)關系。最大量化電平數(shù)Lmax就是模數(shù)變換器的道數(shù)。道寬小則模數(shù)變換器的道數(shù)就大。模數(shù)變換器的幅度響應：模數(shù)變換器的輸入信號幅度A與道數(shù)m之間的關系

12、稱為模數(shù)變換器的幅度響應。線性門與展寬器的工作原理線性門是傳輸脈沖模擬量的門電路，信號是否能夠通過是由門控信號來決定的。模擬展寬器的基本工作原理是利用二極管的單向導電性和電容的存貯作用，把脈沖信號的峰頂展寬，所以又稱為峰值保持器。線性放電型模數(shù)變換（計算題）變換時間 道數(shù) 道寬逐次比較型模數(shù)變換器工作原理：利用二進制的標準電平與輸入信號比較。每次比較都將標準電平減小為前次的一半。標準電平大于信號幅度，保留標準電平，否則不保留，進行下次比較變換時間逐次比較型模數(shù)變換器的道寬均勻問題數(shù)模變換器把輸入的數(shù)碼(通常為二進制)變換成與此數(shù)碼成正比的模擬量。二進制權電阻解碼網(wǎng)絡數(shù)模變換器 梯形電阻解碼網(wǎng)絡

13、數(shù)模變換器二進制加權電阻解碼網(wǎng)絡在位數(shù)越多時，電阻變化范圍越大。梯形電阻解碼網(wǎng)絡有較好的性能。電路中所用電阻值只有R和2R兩種，所以又稱R-2R電阻網(wǎng)絡，在數(shù)模變換器中得到廣泛應用。05定時道各個部件（1）探測器與輸出電路（2）快前置放大器（3）定時濾波放大器（4）定時電路（5）時間變換器所謂時間分析是指測量的兩個相關核事件的時間間隔概率密度分布。定時誤差通常按誤差產生的原因分為兩類：時間移動和時間晃動。時間漂移：元件老化、環(huán)境溫度或電源電壓變化（屬于慢變化）引起的定時誤差。定時電路是核電子學中檢出時間信息的基本單元，故又稱時間檢出電路。它接收來自探測器的隨機脈沖，產生一個與輸入脈沖時間上有確

14、定關系的輸出脈沖。定時方法（必考）前沿定時： 誤差分析： 信號幅度變，上升時間不變： 信號幅度不變，上升時間變：信號幅度、上升時間同時變：觸發(fā)比與斜率噪聲比為了減小時間移動和時間晃動，信號觸發(fā)定時電路要有一個合適的觸發(fā)比。觸發(fā)比指的是，探測器輸出電流脈沖使時檢電路觸發(fā)時的輸出電荷量QT與電流脈沖總電荷量Q之比。也可表示為：綜合考慮觸發(fā)比和噪聲引起誤差的影響，定義斜率噪聲比為：前沿定時基本原理及工作過程脈沖直接觸發(fā)一個閾值固定的觸發(fā)電路，在脈沖前沿上升到超過閾值的時刻，產生輸出脈沖作為定時信號過零定時基本原理及工作過程將單極信號成形為雙極信號，過零時間作為定時點恒比定時基本原理及工作過程在輸入脈

15、沖幅度的恒定比例點上產生過零脈沖。幅度和上升時間補償定時（ARC定時）其閾值VT不僅隨幅度A變化，而且隨上升時間變化而變化，使幅度變化和時間變化得到了補償，消除了時移。定時單道脈沖幅度分析器具有定時功能的單道脈沖幅度分析器稱為定時單道脈沖幅度分析器。它同時具有單道脈沖幅度分析的功能和定時功能。定時單道分析器輸出脈沖不僅包括輸入脈沖幅度的信息，而且輸出脈沖和輸入脈沖有固定的時間關系。符合符合方法正符合測量（簡稱符合測量）和反符合測量兩重符合、多重符合 符合電路：慢符合電路、快符合電路時間量變換方法時間分析的作用 ：時間分析是分析一個核態(tài)與另一個核態(tài)之間的時間關系，也就是測量核事件的時間間隔概率密

16、度分布。 就是測量相應的起始信號和停止信號之間時間間隔的分布。時間-幅度變換基本原理實現(xiàn)時間-幅度變換就是把時間間隔的長短變換成幅度的大小。起-停型時幅變換：起始信號與停止信號之間的時間間隔內，用恒定電流充電的方法。重疊型時幅變換：由符合電路演變而來的，它的輸出幅度正比于兩個脈沖的重疊時間。時間-數(shù)字變換基本原理在被測時間間隔內，將頻率穩(wěn)定（周期T0已知）的時鐘脈沖送到寄存器。寄存器記錄的時鐘脈沖數(shù)m代表起、停信號間的時差tx。脈沖波形甄別可用于粒子甄別，即利用不同粒子在探測器中產生的信號波形不同來區(qū)別不同的粒子；還可用于除掉鍺(鋰)探測器中由于缺陷而產生的慢上升信號，以及用于堆積拒絕等。優(yōu)質因子M越大，波形甄別能力越強