核電子學(xué)復(fù)習(xí)資料

1、核電子學(xué)復(fù)習(xí)整理第一章一、名詞解釋探測效率：探測器探測到的粒子數(shù)與此時(shí)實(shí)際入射到探測器中的粒子總數(shù)的比值。散粒噪聲：（在電子器件或半導(dǎo)體探測器中）由于載流子產(chǎn)生和消失的隨機(jī)漲落形成通過器件的電流的瞬時(shí)波動，或輸出電壓的波動，叫做散粒噪聲。分辨率：識別兩個(gè)相鄰的能量、時(shí)間、位置（空間）之間最小差值的能力。（主要有能量分辨率、時(shí)間分辨率、空間分辨率）死時(shí)間校正：在監(jiān)察信號的時(shí)間Fp內(nèi)，如果再有信號輸入都要被舍棄，因此監(jiān)察時(shí)間就是堆積拒絕電路所產(chǎn)生的死時(shí)間。計(jì)時(shí)電路就不應(yīng)該把這個(gè)時(shí)間計(jì)入測量時(shí)間，而應(yīng)從總的測量時(shí)間中扣除這個(gè)死時(shí)間得到活時(shí)間。由測到的總計(jì)數(shù)除以活時(shí)間就是信號計(jì)數(shù)率。這種辦法稱為死時(shí)間

2、校正。二、填空題1 .核電子學(xué)是核科學(xué)與電子學(xué)相結(jié)合的產(chǎn)物:2 .探測器按介質(zhì)類型及作用機(jī)制主要分為：氣體探測器、閃爍體探測器、半導(dǎo)體探測器：3 .核電子學(xué)中主要的噪聲指三類：散粒噪聲、熱噪聲、低頻噪聲：4 .核輻射探測器的輸出信號特點(diǎn)是：隨機(jī)分布的電荷或電流脈沖。（時(shí)間特性、幅度上是非周期非等值的）；5 .功率譜密度為常數(shù)即S（W）=a的噪聲為白噪聲。1 .簡述核電子學(xué)的信號特點(diǎn)。答：1.隨機(jī)性；2.信號弱，K夸度大;3.速度快。2 .簡述白噪聲與干擾以及兩者的區(qū)別。答：干擾：主要是指空間電磁波感應(yīng)，工頻交流電網(wǎng)的干擾，以及電源紋波干擾等外界因素。（可在電路和工藝上予以減小或消除）噪聲：是由

3、所采用的元器件本身產(chǎn)生的。（可以設(shè)法減小但無法消除）白噪聲定義為功率譜密度為常數(shù)的噪聲。3 .降低前置放大器噪聲的措施有哪些？答：1.輸入級采用低頻噪聲器件；2.低溫運(yùn)行；3.減少冷電容G；4.反饋電阻R和探測器負(fù)載電阻Rd選用低噪聲電阻，阻值一般在109歐1020歐左右。除此之外，用濾波網(wǎng)絡(luò)來限制頻帶寬度，也可進(jìn)一步抑制噪聲。4 .構(gòu)成核電子學(xué)的測量系統(tǒng)的三部分是哪些？答：1.模擬信號獲取和處理，2.模數(shù)變換，3.數(shù)據(jù)的獲取和處理三個(gè)部分5 .簡述前置放大器的作用。答：1.提高信噪比、2.減少外界干擾的影響、3.合理布局，4.便于調(diào)節(jié)和使用、5.實(shí)現(xiàn)阻抗轉(zhuǎn)換和匹配；第二章前置放大器的作用與分

4、類？作用：提高信噪比、減少外界干擾的影響、合理布局，便于調(diào)節(jié)和使用、實(shí)現(xiàn)阻抗轉(zhuǎn)換和匹配；分類（按輸出信號成形方式分）：電壓靈敏前置放大器、電荷靈敏前置放大器、電流靈敏前置放大器。電荷靈敏前置放大器的特性？變換增益、輸出穩(wěn)定性、輸出噪聲、輸出脈沖上升時(shí)間及其穩(wěn)定性、計(jì)數(shù)率效應(yīng)電荷靈敏前置放大器的噪聲分析？對于高分辨率的能譜測量裝置，要求探測器-放大器系統(tǒng)的信噪比盡可能高。在放大器中一般只考慮在前置放大器第一級減小噪聲，因?yàn)榈谝患壆a(chǎn)生的噪聲為后面各級放大電路所放大，它在決定整個(gè)裝置的噪聲中起著主要的作用。一般半導(dǎo)體探測器的電荷靈敏前置放大器主要采用噪聲較小的結(jié)型場效應(yīng)管作輸入級。第三章放大器在核測

5、量系統(tǒng)中的作用及其結(jié)構(gòu)？作用：放大（把小信號放大到需要的幅度）、成形（改造信號的形狀）；結(jié)構(gòu)：極性轉(zhuǎn)換電路、極-零相消電路、積分濾波放大電路、基線恢復(fù)電路等放大器的基本參量？（如下7個(gè)）1 .放大倍數(shù)及其穩(wěn)定性：提高放大倍數(shù)的穩(wěn)定性最有效的方法是采用深度負(fù)反饋，負(fù)反饋愈深，即AoF愈大，放大倍數(shù)的穩(wěn)定性越好。放大倍數(shù)定義為：用階躍電壓或上升時(shí)間足夠小，寬度足夠?qū)挼木匦蚊}沖作為輸入信號，在一定的成形電路時(shí)間常數(shù)條件下，輸出脈沖和輸入脈沖幅度之比。2 .線性（積分非線性與微分非線性）：放大器的線性是指放大器的輸入信號幅度和輸''100%出信號幅度之間的線性程度。積分非線性INL%1

6、00%微分非線性DNL1Vo/ViVomaxVo/Vi3 .噪聲與信噪比4 .放大器的幅度過載特性一般的講，引起過載的原因主要與放大器中的耦合電容充放電有關(guān)，其解決的辦法有：（1）應(yīng)盡可能采用直流耦合，從根本上消除電容充放電的現(xiàn)象；（2）當(dāng)有耦合電容時(shí)，從電路上采用差分輸入形式可以具有良好的抗過載性能。（3）使輸入脈沖變窄，從而縮短電容充放電時(shí)間；（4）在輸入端加一級限幅電路來限制過載脈沖。5.計(jì)數(shù)率過載特性：在高計(jì)數(shù)率條件下，由于信號堆積造成了譜線嚴(yán)重的畸變。反映在測量結(jié)果中，譜峰展寬，峰的位置發(fā)生偏移，甚至出現(xiàn)假峰。放大器中，由于計(jì)數(shù)率過高所引起的脈沖幅度分布的畸變稱為放大器的計(jì)數(shù)率過載。

7、6 .上升時(shí)間7 .輸入輸出阻抗改善放大器線性的方法？(1) 合理選擇工作點(diǎn)，在輸入信號作用下盡可能減少工作電流的變化。(2) 采用負(fù)反饋方法，它可以使放大器的非線性減少到原來的一。1+AF譜儀放大器的放大節(jié)？放大節(jié)通常由一個(gè)高增益的運(yùn)算放大器和一個(gè)反饋網(wǎng)絡(luò)組成。放大節(jié)的要求可歸結(jié)為：放大倍數(shù)及其穩(wěn)定性、線性、上升時(shí)間和過載特性等。在譜儀放大器中，改善指標(biāo)的有效辦法是采用負(fù)反饋方法。并聯(lián)負(fù)反饋與串聯(lián)負(fù)反饋：譜儀放大器中最常用的反饋形式是電壓并聯(lián)負(fù)反饋和電壓串聯(lián)負(fù)反饋兩種。同相輸入與反相輸入信噪比的區(qū)別？譜儀放大器中的濾波成形濾波成形的作用：抑制系統(tǒng)噪聲，使系統(tǒng)信噪比最佳；使信號形狀滿足后續(xù)分析

8、設(shè)備的要求。對譜儀放大器中的濾波成形電路的要求可以歸結(jié)為：(1)通過濾波成形后要求輸入和輸出應(yīng)嚴(yán)格保持線性關(guān)系；(2)盡可能提高放大器的信噪比；(3)減少輸入脈沖的寬度，減少堆積和基線的變化，提高電路的計(jì)數(shù)率響應(yīng);(4)成形后的最后輸出波形應(yīng)適合后續(xù)電路的要求；(5)濾波成形電路應(yīng)盡可能簡單，參數(shù)可以調(diào)節(jié)，以達(dá)到最佳效果。白化濾波器與匹配濾波器：當(dāng)輸入噪聲不是白噪聲時(shí),最佳濾波器的頻率響應(yīng)H( 3可由以下方法導(dǎo)出：白化濾波器匹配濾波器 h2()最佳濾波器 H( ) H1( )H2()什么是白化噪聲?彈道虧損：當(dāng)有一定寬度的電流脈沖輸入時(shí)，在探測器回路中輸出信號幅度總小于沖激信號輸入時(shí)的輸出幅度

9、，這種情況稱之為彈道虧損。DbVCMoVCM1VCMVCMoVCMo堆積畸變一放大器輸出信號的描述圖：堆積：極一零相消(定義、傳輸函數(shù)的變化、波形的判斷)：在幾級相串聯(lián)的系統(tǒng)中，將前-零相級傳遞函數(shù)的極（零）點(diǎn)和后級的零（極）點(diǎn)相消，從而改善輸出波形的方法稱為極消?；€恢復(fù)（產(chǎn)生原因、對信號的判別標(biāo)準(zhǔn)）：堆積拒絕方法：對峰堆積的處理方法首先要能夠隨時(shí)發(fā)現(xiàn)峰堆積，通常是設(shè)法判別信號的前沿堆積后沿堆積對信號的判別標(biāo)準(zhǔn)：T>tw-tM兩個(gè)信號都無幅度畸變。tM>T>0發(fā)生前沿堆積，兩個(gè)信號都發(fā)生畸變。tw-tM>T>tM發(fā)生后沿堆積，前一個(gè)信號無畸變，后一個(gè)信號發(fā)生畸變

10、。線性門（定義、傳輸函數(shù)）：線性門是傳輸信號的一個(gè)門電路，其作用在控制信號（門控信號）作用下，可以有兩個(gè)狀態(tài)。用于時(shí)域里信號的篩選或采樣。在高分辨率能譜儀中，影響譜儀能量分辨率的因素有：射線及電荷收集的統(tǒng)計(jì)漲落、探測器及放大器的噪聲、信號堆積引起的基線偏移。第四章脈沖幅度選擇的基本電路是脈沖幅度甄別器。它有一個(gè)閾電壓，稱為甄別閾。單道脈沖幅度甄別器的工作原理？幾個(gè)概念：1）上閾：Vu下閾：Vl;2）道寬與閾道寬：上下閾之差Vw=VuNl電路的基本工作原理：下就別器改造后的電路框圖:上甄別那下般別瞽單道脈沖幅度分析器實(shí)例:微分譜:積分譜:用于幅度分析的模數(shù)變換器什么是幅度分析？答：幅度分析是指測

11、量信號幅度的分布。即按信號幅度大小進(jìn)行分布計(jì)數(shù)。用于幅度分析的模數(shù)轉(zhuǎn)換器是核電子學(xué)中的一個(gè)重要內(nèi)容。什么是幅度響應(yīng)？答：模數(shù)變換器的輸入信號幅度A與道數(shù)之間的關(guān)系稱為模數(shù)變換器的幅度響應(yīng)。變換系數(shù)：模數(shù)變換器的精度還常用變換系數(shù)來表示。變換系數(shù)P的定義：每單位幅度可變換成多少道數(shù)。贄3一,道103毫伏它與道寬是倒數(shù)關(guān)系：P道寬：一個(gè)量化級數(shù)相應(yīng)于模數(shù)變換器的一個(gè)道。每個(gè)量化電壓都是道邊界。相鄰的兩個(gè)量化電壓組成一個(gè)道。相鄰兩個(gè)量化電壓間的差值稱為模數(shù)變換器的單個(gè)道寬h,所有單個(gè)道寬的平均值稱為模數(shù)變換器的道寬Ho道數(shù)：量化電平數(shù)用L表示，最大量化電平數(shù)為Lmax,最低量化電平稱為0點(diǎn)。所以最大

12、量化電平數(shù)Lmax就是模數(shù)變換器的道數(shù)。線性放電型模數(shù)變換器線性放電型模數(shù)變換器（Wilkinson型模數(shù)變換器）的電路簡單、道寬一致性好且便于生產(chǎn)，國內(nèi)外產(chǎn)品大多數(shù)仍然是線性放電型模數(shù)變換器。工作原理：它的工作原理是基于脈沖幅度與時(shí)間的線性變換。首先，把脈沖幅度V變換成時(shí)間間隔然后把時(shí)間間隔A變換成數(shù)字m；時(shí)間間隔At正比于輸入脈沖幅度V,數(shù)字m正比于時(shí)間間隔則數(shù)字m正比于輸入脈沖幅度V,由此完成V-m變換。模數(shù)變換的工作方式：逐次比較型模數(shù)變換器工作原理：逐次比較型模數(shù)變換器利用二進(jìn)制的標(biāo)準(zhǔn)電平與輸入信號比較。第一次比較時(shí)，取標(biāo)準(zhǔn)電平為滿量程的一半；若標(biāo)準(zhǔn)電平小于信號幅度，則標(biāo)準(zhǔn)電平保留下

13、來，進(jìn)行第二次比較。第二次比較的標(biāo)準(zhǔn)電平為保留的上次標(biāo)準(zhǔn)電平加滿量程的四分之一標(biāo)準(zhǔn)電平。若標(biāo)準(zhǔn)電平小于信號幅度，第二次比較的標(biāo)準(zhǔn)電平同樣保留下來，進(jìn)行第三次比較。若標(biāo)準(zhǔn)電平大于信號幅度，則不保留該標(biāo)準(zhǔn)電平。依此類推，直到12個(gè)標(biāo)準(zhǔn)電平取出比較完才結(jié)束。弟五早一、時(shí)間分析概述二、定時(shí)方法（以下四種）什么是定時(shí)電路？答：定時(shí)電路是核電子學(xué)中檢出時(shí)間信息的基本單元，故而又稱時(shí)間檢出電路。（它接受來自探測器或放大器的隨機(jī)脈沖，產(chǎn)生一個(gè)與輸入脈沖時(shí)間上有確定關(guān)系的輸出脈沖。）定時(shí)誤差產(chǎn)生的原因？答：探測器信號是在時(shí)間t0時(shí)產(chǎn)生的，但是電子學(xué)定時(shí)信號是在時(shí)間t0時(shí)發(fā)生的，所以落后一段時(shí)間，而且對應(yīng)探測器的

14、信號本身的漲落時(shí)間（收集時(shí)間過程的漲落），電子學(xué)定時(shí)信號V0（t）也會產(chǎn)生漲落時(shí)間，定時(shí)時(shí)刻可以從t0'變到to即為定時(shí)誤差，除此之外，電子學(xué)的定時(shí)電路本身在進(jìn)行定時(shí)時(shí)也會產(chǎn)生定時(shí)誤差。2.1 前沿定時(shí)延遲產(chǎn)生的因素：輸入信號幅度變化引起的時(shí)間移動；輸入信號上升時(shí)間變化引起的時(shí)間移動；噪聲引起的時(shí)間晃動；輸入信號統(tǒng)計(jì)漲落引起的時(shí)間晃動。觸發(fā)比與斜率噪聲比定義觸發(fā)比f為觸發(fā)電平與輸入信號最大幅度之比；定義斜率噪聲比2.2 過零定時(shí)2.3 恒比定時(shí)2.4 幅度和上升時(shí)間補(bǔ)償定時(shí)（以上四種方法的優(yōu)缺點(diǎn)、以及適用場合見書P209）最佳定時(shí)濾波器與定時(shí)濾波放大器定時(shí)單道脈沖幅度分析器定義：具有定

15、時(shí)功能的單道脈沖幅度分析器稱為定時(shí)單道脈沖幅度分析器。分類：按定時(shí)誤差的不同，分為：慢定時(shí)（us數(shù)量級）單道和快定時(shí)（ns數(shù)量級）單道；按定時(shí)方法不同，分為：前沿定時(shí)、過零定時(shí)、恒比定時(shí)三類。三、符合1 .什么是符合測量？2 .符合方法分類：符合和反符合分辨時(shí)間：能產(chǎn)生符合輸出的幾個(gè)輸入端脈沖之間的最大時(shí)間間隔；符合曲線：輸入信號的相對延遲時(shí)間與符合計(jì)數(shù)之間的關(guān)系曲線。3 .符合電路（分類、各類分辨時(shí)間范圍和主要使用器件）符合電路分為：慢符合電路和快符合電路。慢符合電路的分辨時(shí)間范圍大概為10ns到10us之間。電路單元大多使用與非門做成；快符合電路單元是用高速元器件（如：高速隧道二極管、高速二極管等）做成的，快符合電路單元再加上甄別、成形等電路就可組成快符合電路。時(shí)間分析定義：是分析一個(gè)核態(tài)與另一個(gè)核態(tài)之間的時(shí)間關(guān)系，也就是測量核事件的時(shí)間間隔概率密度分布。時(shí)間間隔數(shù)字編碼的主要方法為：1 、時(shí)