GBT4079-1994用于电离辐射探测器的放大器和电荷灵敏前置放大器的测试方法.pdf 20页

'UpC539.1-074:621-039.5F8中华人民共和国国家标准GB/T4079一94用于电离辐射探测器的放大器和电荷灵敏前置放大器的测试方法Testproceduresforamplifiersandcharge-sensitivepreamplifiersusedwithdetectorsofionizingradiation1994一12一22发布1995一10一01实施国家技术监督局发布 目次主题内容与适用范围·..............................·一，’········，················.············⋯⋯(引用标准··········，.················‘······································*.······.·········⋯⋯:(术语、符号、代号甲·............................................................................................c测试仪器··································，.···········，.···········.····················⋯⋯(主放大器的主要参数的测量方法·············，”······，····”········”·⋯⋯”.···..........⋯⋯(前置放大器主要参数的测试方法(13 中华人民共和国国家标准用于电离辐射探测器的放大器和GB/T4079一94电荷灵敏前置放大器的测试方法代替GB4079-83Testproceduresforamplifiersandcharge-sensitivepreamplifiersusedwithdetectorsofionizingradiation本标准参照采用了IEC1151《核仪器—用于电离辐射探测器的放大器和前置放大器的测试方法》。1主题内容与适用范围本标准规定了电离辐射探测器用的主放大器(成形放大器)和电荷灵敏前置放大器的测试方法。本标准适用于半导体探测器、气体脉冲电离室、正比探测器用的主放大器和电荷灵敏前置放大器，也适用于闪烁探测器用的主放大器。引用标准GB5962标准核仪器插件术语、符号、代号3.1术语3.1.1前置放大器preamplifier位于辐射探测器和主放大器或其它电部件之间并紧接在探测器输出端的电子放大器。‘3.1.2电荷灵敏前置放大器charge-sensitivepreamplier输出信号正比于输入电荷，而与输入电容基本无关的前置放大器。3.1.3主放大器(成形放大器)mainamplifier(shapingamplifier)在放大器系统中，跟在前置放大器之后且包含有脉冲成形网络的放大器。3.1.4电荷灵敏度sensitivity,charge电荷灵敏前置放大器的输出电压与输入电荷之比。也可定义为输出电压与给定探测器入射粒子能量之比。3.1.5探测器电容capacitanceofdetector在指定的偏压下，探测器的极间电容。3.1.6矩形脉冲rectangularpulse阶跃时间远小于顶部持续时间的平顶脉冲。3.1.7尾脉冲tailpulse具有很快的上升时间，并以比上升时间要长得多的时间常数指数衰减的脉冲。3.1.8微分器differentiator由一个电容和一个电阻组成的高通网络，其输出信号正比于输人信号的数学微分。3.1.9准高斯quasi-Gaussian国家技术监督局1994一12一22批准1995一10一01实施 Gs/"e4079一94近似于正态分布的信号形状。除另有说明外，在本标准中是指由一个微分器和四个(或更多)积分器所产生的脉冲形状。3.1.10成形网络shapingnetwork由(一个或几个微分器组成的)高通网络和(几个积分器组成的)低通网络组成的网络。它可以减少前置放大器输出脉冲的宽度，从而提高了它的时间分辨能力和信号噪声比。3.1.11上升时I,HIrisetime脉冲从它的最大值的10%升至90YO所需要的时间。3.1.12(成形脉冲的)达峰时间peakingtime(ofashapedpulse)单极脉冲由前沿幅度1%点至峰中心线之间的时间间隔3.1.13脉冲宽度pulsewidth单极性脉冲波形中幅度为峰值幅度一半处两点间的时间间隔。又称为成形时间标志toizo3.1.14极零补偿pole-Zerocancellation用极点和零点互相抵消，达到补偿的脉冲成形技术。3-1.15放大器的增益gainofanamplifier放大器输出脉冲幅度与输入脉冲幅度之比。3.1.16等效输入噪声equivalentinputnoise在放大器中，输出噪声信号除以放大器的增益3.1.17噪声转换增益noisetransitiongain主放大器中的一个增益值，低于该增益值时，输出噪声几乎与增益无关，高于该增益值时，输出噪声几乎与增益成正比。3.1.18噪声线宽度noiselinewidth用幅度一定的无噪声的电脉冲代替辐射源所产生的信号，由此而获得的谱线宽度。3-1-19动态范围dynamicrange放大器给出线性响应的脉冲幅度范围。3.1.20积分非线性integralnonlinearity在输出幅度范围内，实际的传输特性曲线与理想直线的差别，用相对于线性响应的最大偏离与最大额定输出脉冲幅度之比的百分数表示。3.1.21微分非线性differentialnonlinearity在放大器的整个动态范围内，增量的增益变化通常表示为基准增量的百分数·3.1.22双极脉冲bipolarpulse在基线两边各有一个凸起的脉冲。3.1.23基线baseline电平的平均值。在无重迭脉冲情况下，脉冲偏离此电平平均值，然后又回到此电平平均值。3.1.24基线漂移baselineshift由于占空因数(等于脉冲时间乘脉冲重复频率)从零增加，而使基线改变的现象(通常此漂移与信号的极性相反)。3.1.25基线恢复器baselinerestorer在放大器输出脉冲(或一系列脉冲)后，使基线迅速恢复到它以前所在电平的线路。3.1.26偏移offset直流偏离于所规定的电压(或电流)电平。除另有说明外，所规定的电平是基线。3.1.27[辐射能谱仪的〕能量分辨率energyresolution(ofaanradiationspectrometer)对于某一给定的能量，辐射谱仪能分辨的两个粒子能量之间的最小相对差值的量度。通常以半高宽(FWHM)或半高宽与峰能量比值的百分数表示。2 GB/T4079一943.1-28(放大器系统中的)分辨时间resolvingtime(inanamplifiersystem)两泞湘继出现而仍能被分辨开的脉冲或电离事件之间的最小时间间隔。除另有规定外，分辨时间被定义为to.me3.1-29终接电阻terminatingresistor跨接在放大器或信号产生器输出端的电阻。目的是消除信号在这些端处的反射。3.130特性阻抗characteristicimpedance一个网络(例如一同轴电缆或一衰减器)的内阻(阻抗)。当用与该阻抗相同的电阻终接时，可避免信号的反射且输出信号减半。31.31晃动walk放大器中脉冲高度的变化引起过零时间的改变。3.2符号、代号3.2.1A:放大器增益。12.2AT:噪声转换增益。3.2.3ADC:模数转换器。3.2.4BLR:基线恢复器。3.2-5BW:带宽，MHz,3.2.6C:连接脉冲发生器至前置放大器的检验电容，pF.12.7C,;.:前置放大器内的检验电容，pF.12.8C:探测器电容，pF,12.9C,:电荷灵敏前置放大器中的反馈电容，pF.3-2-10C:跨接于前置放大器输入端到地的电容，pF.3.2-11△增量的变化。3.2-12DU,,:电桥输出电压(在零处，AUb,=0),mV,3.2.13AU.:实际输出特性曲线与理想的线性响应的最大偏离，mV;3.2门4N:多道分析器上谱峰的中心道位，道。12.15AN:脉冲产生器峰的FWHM值，道。12.16E:粒子或光子的能量,keV或MeV,3.2-17::形成一个离子对所需要的平均能量,ev,3.2-18e=:(rms)均方根值噪声电压，mV,3.2.19e=:等效输入噪声，mva12.20e..:主放大器输出端处的均方根值噪声电压，mV,3.2-21FWHM:半高宽,keV(或道)。3.2-22FW0".1M:十分之一高宽,keV,3.2.23FW0.01M:百分之一高宽，keV,3.2-24L,:积分非线性。12.25Lo:微分非线性。3.2-26CRT:阴极射线管。3.2-27P/z:极/零。12.28q.:均方根值噪声电荷>}/,-C.12.29q.,:折合到前置放大器输入端的等效均方根值噪声电荷，,/-C-.12.30q:电子电量，q=1.602X10-"C.12.31R,探测器偏置电阻，no3.2.32:。:内阻,no cB/T4079一943.2.33Ro:终接电阻,5203-2.34R,:电荷灵敏前置放大器内的反馈电阻，52,3.2.35s}:电荷灵敏度，V/C12.36t:脉冲上升时间，ns,12.37t,:单极性脉冲的达峰时间，ps,3.2.38t=:从第一个半周峰高的1%处到它的峰中心处所测得的双极性脉冲的达峰时间，ps,3.2.39‘::从第一个半周峰高的1%处到第二个峰中心处所测得的双极性脉冲的达峰时间，ps,3.2.40t,p:双极性脉冲的穿过时间，ns(或#s，或ms),3.2.41t}}:成形时间标志。也称为单极性脉冲的脉冲宽度。3.2.42t.:在峰高的n处的脉冲宽度(这里的n规定为0.110.001等),ns(ps,ms),3.2.43z:时间常数，I"s.12.44U,:脉冲产生器输出电压幅度，v.3.2.45Uo:放大器输出脉冲幅度，Ve12.46U;=放大器输人脉冲幅度，Vo3.2.47Um:放大器最大线性输出脉冲的幅度，V,3.2.48z.:特性阻抗，52,4测试仪器4.1测试方框图放大器一般参数的测试方框图见图1。Ac电眼表前置放大器电容器盒子示彼器主放大器，A脉冲产生器衰减器外胜发直接愉出图1则试方框图图1中虚线表示电缆连接的改变。除晃动和前置放大器的非线性测量以外，此装置可以用来测量所有的参数。测量主放大器时，可以不用前置放大器和电容器盒子。在此装置中，电缆终端的插头插座及T型插头、弯头等，要有好的机械性能，以保证有低的接触电阻。脉冲产生器和放大器的终接电阻通常都采用5052,4-2脉冲产生器脉冲产生器开路输出电压U，大于或等于10.0V，且输出脉冲的幅度能用一个满量程为1000分度的多圈电位器来调节。4 cB/T4079一94除另有说明外，均采用U。等于lov和1000格的刻度盘。不同的U。或调节方法只能影响测量中的某些细节，不会影响整个测量方法。脉冲产生器至少有两个输出，一个是直接输出，一个是衰减输出，每个输出均有各自的后部终接电阻，并且有相同的内阻r,(r。为0.5。或更小)，同时还应有一个触发示波器扫描用的输出。脉冲产生器的工作频率可以是电源频率或其它频率，用其它频率工作时可以检验系统中的交流声干扰。421检验前置放大器的脉冲产生器一般使用t，小于或等于1ns的平顶脉冲的脉冲产生器。也可以用t，小于或等于5ns水银继电器尾脉冲产生器做所有检验，但不能用来检验前置放大器的指数衰减的性能。脉冲产生器的t，应与探测器的t，相一致，当检验同半导体探测器和充气探测器一起连用的前置放大器时，由于探测器的收集时间在变化，脉冲产生器的r，应不大于探测器或前置放大器系统的最短的t,的1/3。当检验同闪烁探测器一起使用的前置放大器时，脉冲产生器的t应小于前置放大器的t,，如果闪烁探测器的t，比前置放大器的t,大，则应再调整脉冲产生器，以便与闪烁体的:，相匹配。脉冲产生器的下降时间要快于前置放大器的下降时间。若脉冲产生器的幅度相对于示波器的灵敏度已经校准，则脉冲产生器的幅度和示波器的灵敏度均无需准确。4.2.2检验主放大器的脉冲产生器用矩形脉冲产生器，也可以用尾脉冲产生器，当检验过载或P/Z工作时，必须使用尾脉冲。尾脉冲可以由一个平顶脉冲来获得，只要在脉冲产生器和衰减器之间加人一个电容即可。4.3衰减器衰减器可以是脉冲产生器的一部分，也可以在外部。建议衰减器各档与主放大器的增益粗调相匹配。衰减器的精度和稳定性取决于所接电阻的稳定性和精度，各档开关接通后引起的误差不超过该档输出信号的1%。衰减器各档要进行校准，方法是在输人端加直流电压，用数字电压表测量其电压值，然后用数字电压表测量其输出电压值。4-4电容器盒子图1给出了电容器盒子的线路图。检验电容C。是误差小于或等于1%的已知电容。此盒子还包含一组用开关转换的并联电容，这些电容完全可以覆盖前置放大器所要求的输人电容范围。C应屏蔽或与并联电容开关隔离，使得改变开关的位置时不影响检验电容C值。并联电容应该用低损耗绝缘物质构成的电容，例如石英、聚苯乙烯或碳酸醋，低损耗陶瓷等。开关和连接器的绝缘体也应是低损耗物质。4.5主放大器主放大器增益通常在2-3000倍之间，最大线性输出幅度U。为lov，若U二不为lov,测试程序应稍做修改。主放大器包含一个成形网络，目的是提高信号噪声比和减小脉冲宽度。在高分辨率的谱仪中，脉冲成形是最重要的一条。采用单极脉冲成疮时间标志:。可以便于对不同成形网络的放大器进行能量分辨率的比较。测量前置放大器的噪声时，所用的主放大器应包含准高斯滤波网络。应注明所用tvz，同时还应消除BLR对噪声测量的影响。4.6AC电压表此电压表应具有有效值响应或全波真一rms响应，此时波峰系数不小于4。在具有CR-(RC‘成形的放大器中，串联噪声由公式(1)决定，并联噪声由公式(2)决定。BWXt=,)3.8/8·······················⋯⋯.(1) GB/T4079一94BWXt=,)1.6/8···············。··········，’·⋯(2)式中:BW—AC电压表的3d6带宽，MHz;t=2—成形时间标志，jis;8—允许误差，%。AC电压表的测量精度应好于1%,4.了示波器示波器应具有直流锅合输入、外触发扫描及足够的内部延迟而且它的上升时间应小于被测量的最短的t，的1/3。为测量晃动，示波器应有一个延迟扫描，其扫描速度应同被测量的晃动相匹配。4.8非线性桥非线性桥基本上由二个串联电阻组成(通常每个为1kf2)，它们之中的一个连至被检验的放大器，而另一个接至脉冲产生器，见图1中桥的方框部分。如果这两个信号极性相反，幅度相等，那么在峰处为零(见图2)。在检验主放大器时，如果此放大器是理想的线性，则改变脉冲产生器输出，零状态不改变。如气果放大器具有非线性，零状态就会改变日厂曰门日曰1}/曰曰曰下日口屯澎袄..增益过高l—r一州增益正好门!一r一门厂一1厂二男曰日阴口厂屠日口曰曰门增益过低曰厂叮月门门门口曰「陌门下日门日日曰门斤门门拿门曰叮门口口曰阵日门厂口口图2桥平衡波形图为使信号在相加点相减，其中一路的信号必须倒向。如果放大器或前置放大器不具备倒相，就必须在一路中加人倒相器。为了使有适当灵敏度的示波器不出现过载，减小示波器的过载影响，在桥的相加点(即桥的输出)接两个低电容的高频半导体二级管(如肖特基势垒二级管)，组成过载限幅器。4.9脉冲产生器对示波器的校准在测量增益、电荷灵敏度、噪声时，凡公式中以比例的形式出现的输出和输人电压均无需很精确地分别测定，但脉冲产生器对示波器要进行校准，方法如下:a.脉冲产生器的直接输出与示波器输入相连接;b.按刻度盘的指示的值，调节脉冲产生器的输出至5.OOV;c.在放大器测量经常使用的扫描速度下，调节示波器的灵敏度使脉冲在CRT上占有五个大格(DIV),使用尾脉冲产生器时，此校准应在脉冲峰值处进行。通常的示波器的每个大格包含有五个小格(div)。脉冲顶部的读数值误差小于。.5div。每次测量前，应重新进行校准。4.10多道分析器多道分析器基本上由ADC、记忆单元和显示单元组成。若ADC中谱形发生畸变，说明多道分析器不适合检验高分辨率的放大器和前置放大器s cB/T4079一945主放大器的主要参数的测量方法主放大器的主要参数有脉冲成形参数、增益、极零补偿范围、噪声、积分非线性、增益的稳定性、过载J恢复时间、过零时间晃动、计数率效应等。通常，测量主放大器时不使用前置放大器。信号源用尾脉冲产生器或矩形脉冲产生器。如果使用前置放大器，最好使用矩形脉冲产生器。5.1脉冲成形参数图3是单极性和双极性准高斯脉冲的波形图。主放大器成形参数有，vz.tpiItPZ,t.o.to.oi，如图3所不5.11单极性脉冲成形时间的表示法准高斯单极性脉冲的成形时间用，、表示。ti)z的单位是ns,txs、或ms。若用其它脉冲成形参数或以准三角形单极性脉冲的t表示.必须在测量结果中加以说明CR-fRC,l(CR):一(RUh。响lesTeseesees﹁.es.认.J悦月飞.es﹃Twe.n眨es月‘l且刁眨“﹃‘01J月刊‘卜.I‘0八.J.月图3单极性和以R"t脉冲5.1,2双极性脉冲成形时间的表示法增加一个微分器，其时间常数与第一个微分器相同，这样就可以使单极性脉冲变为双极性脉冲，它的第泛个半周略宽于原单极性脉冲的t)/2。该脉冲宽度应加以说明。5.2脉冲成形主要参数的测量测量步骤如下:a.断开BLR，首先测量单极性脉冲;b.调节P/Z电位器，使输出脉冲完全消除下冲;调节脉冲幅度，使它在CRT上为5DIV;增加CRT的垂直灵敏度10倍，使得2.5d*代表脉冲幅度的示波器返回到原来的灵敏度，即可测出tl/z,tp;为了提高测量精度，扫描的宽度也要调节到使所测参数在水平方向至少占5DIV;f.用同样方法可测出双极性脉冲的‘1.tpz,to.m.t.oe5.3增益测量规定在微分和积分时间常数相等时测量主放大器增益，各时间常数档的增益均应满足要求，且单极和双极输出时间的增益应相等，否则须加以说明。5.11粗增益测量方法如下::一主放大器的粗增益置于最大; cB/T4079一94b.用幅度已知的脉冲输人到主放大器，并保证主放大器输出不饱合;c.用示波器测量其输出脉冲幅度;d.计算主放大器增益;e.对每一个粗增益档重复上述步骤。粗增益各档测量完后，全部误差将相对于最大粗增益档归一化，也可以选择对其它的粗增益档进行归一化。此外，还应说明粗增益的范围及增益各档的误差。5.3.2细增益测量方法如下:a.粗增益放在任意档;b.将细增益置于最小，用示波器测出主放大器输出幅度;c.将细增益置于最大，用示波器测出主放大器输出幅度。(这时放大器不能饱和，且其它条件不变);d.若细增益的覆盖范围是3:1，则细增益为最大时的输出幅度是细增益为最小时的三倍。给出测量结果时，应说明细增益的精度。5.4极零补偿范围的测量可调极零相消网络的最大极零相消范围为无限大，因此需要测定的是其下限。方法如下:a调节主放大器P/Z补偿到最大补偿的位置;b.将主放大器成形时间置于某位置;c.用衰减时间常数可调的脉冲产生器输人至主放大器，用示波器观察其输出脉冲;d.改变脉冲产生器的衰减时间，找到此时间常数下，P/Z网络最佳补偿的衰减时间最大值;e.改变主放大器成形时间，重复5.4d;f.比较不同成形时间下所找到的最佳补偿的最大脉冲衰减时间，取其中的最大者为主放大器的P/Z补偿下限。5.5噪声测量5.5.1不同增益下的噪声测量测量噪声时，市电和高频干扰、地回路噪声、由各电源导致的纹波和噪声以及主放大器内的BLR均不应有效地影响测量结果。并注意P/Z的调节。5.5.1.1测量装置如图1所示。不用前置放大器和桥，连接主放大器输出至示波器输人。5.5.1.2将主放大器增益置于最大，其输入端通过同前置放大器输出阻抗相等的阻抗接地(所用前置放大器的输出阻抗不明时，主放大器应在输人端用son电阻接地)，测出主放大器的增益A,5.5.1.3用均方根值电压表测量主放大器的输出端噪声‘。;5.5.1.4折算到输入端的等效噪声为:e二一eA-··········.·····················⋯⋯(3)式中:A—主放大器增益;‘—折算到主放大器输入端的等效噪声，mV;e=o—主放大器的输出端噪声，mV,5.5.1.5在不同增益档下，重复上面测量，可测到各增益档下的。‘值。均方根电压表必须有足够的带宽，同时还应说明测量噪声时的r=:及增益范围。5.5.2噪声转换增益利用5.5.1所得。。相对于A的曲线，如图4所示!.曲线的拐点AT定义为噪声转换增益，并应在测量结果中加以说明。 CB/T4079一94e阂，mV1010010001000"图4e..相对于A的曲线5.6积分非线性测量积分非线性的计算由公式(4)给出。△UL==X100/a(4)曰m式中:AUa—最大偏离，mV;Um—放大器最大线性输出脉冲幅度，V.积分非线性的特性曲线见图5。测量主放大器积分非线性用电桥法。5.6.1置脉冲产生器直接输出幅度为U.(通常为IOV)，极性与主放大器输出脉冲极性相反。若主放大器不具备倒相，在其一路插入倒相放大器。图5积分非纷f的动态特性5-6.2把主放大器的增益置于so倍(接近用锗探测器测量1Mev射线可能使用的位置)。5.6.3调节P/z，使输出脉冲达到最佳补偿。5.6.4置输出直流电平为零。5-6.5调节脉冲产生器的衰减倍数和增益细调，使电桥输出为零。5.6.‘在保持所有其它条件不变的情况下，将脉冲产生器直接输出幅度从Um连续降到零。在泵波器上观察桥输出电压的变化DU,,,找出△UF.,。二(AUb,.m..=1/2AU.). GB/T4079一946.7由公式(5)计算出主放大器的积分非线性:2AUb,.m=x100%(5)U-式中:L,—积分非线性，%;}Ub}.max—电桥最大输出电压，mV;Um—放大器最大线性输出脉冲幅度，Vo一般情况下脉冲产生器输出幅度低于。.5V时，△认r返回到零。如果在低端不能返回到零，这是由于BLR的作用所产生的内部偏置所致。为了补偿，断开BLR，记下约。.5V的△Ubr，即△U-，返回至Um，调节细增益.使桥输出不平衡也产生△Ubro，重新作试验，重复5.6.6，由公式(6)计算出主放大器的积分非线性。2(Dub-.、一△Ubl=)x100，............·...·一(6)U-式中:AUbrn—脉冲产生器输出幅度为。5V时的△U..L,—积分非线性，%;DUbr-x—电桥最大输出电压，mV;Um—放大器最大线性输出脉冲幅度IV.测量积分非线性时应注明输出电压的范围，形成时间和测it时所用的增益。5.了增益稳定性的测量5-7.1温度效应测量装置如图1，但被测主放大器应置于温度可调的恒温箱内。测量时将脉冲产生器直接输出脉冲幅度调到Um，在温度T,时(注意应保持一定的时间.使温度平衡)调节脉冲产生器衰减器使电桥平衡，电桥输出(即测量点)AU*为零。其它条件保持不变，温度升到l:待温度平衡后测量AU,(T=)同时测量输出直流电平。温度稳定性ST由公式(7)给出。XAU,,(T)2i%x100y,·⋯’。···。·········⋯⋯(7)，(T一-1")式中:ST-温度稳定性，%/℃;AUb,(T2)—温度保持在T,时电桥的输出v;T}-T,—两次测量AU。的温差，℃。本测量可在规定温度范围内用三点法分二段测量。即从中点温度到温度上限为一段，从中点温度到温度下限为另一段，各段的平均温度稳定性均应满足要求。这里中点温度为201?"C范围内的某个温度。有条件时，本测量应在规定的温度范围内，温度增量(T}-T1)不超过”C「进行。所给出的指标必须对规定温度范围内所有10C增量有效。温度范围及测量时所用的增益和t=,由产品标准规定。5.7.2市电电压变化的影响除主放大器所用电源的市电电压可变外，测试装置与图1相同。置市电电压于其标称值，脉冲产生器直接输出调到Um，调衰减输出使电桥平衡，Y几r为零。市电电压在标称值的88%到110%范围内改变，而所有其它条件保持不变时，测出△Ub,.-a。增益VA定度S,由公式(8)给出21AU-.Xi00%···.··.·····。·······⋯⋯(8)Um式中:S,一一增益稳定度，%;}Ub,.m.—电桥最大输出电压，mV;10 GB/T4079一94Um放大器最大线性输出脉冲幅度，V.在插件系统情况下仪器的电源是分开的，这时供电电源的性能应满足GB5962-86中4.2的要求。57.3长时间漂移测量装置如图1，主放大器环境温度应保持在室温士2℃以内，其电源所用市电电压保持在标称电压士2%以内。重复5.6.1-5.6.5。每隔一小时测量一次Au.，找出在8k或规定的其它时间内的Dub",.。二，则长时间的增益稳定度S由公式(9)给出。Um。，一UmminU.....+U-.mi=△Us..。..·⋯”二，二，.······⋯⋯(9)U-式中:以Ull=,al..—-U二m.，ma.二.=U.+2AUb..ma-V;Um.m}-Um.m}=U。一2AU,,，二n，V;Um—放大器最大线性输出脉冲幅度，V;CUs,-.—电桥最大输出电压，mV,5.8过载恢复时间的测量对主放大器而言，最小增益是乘2，如果在此最小增益下，一个幅度为Um/2的脉冲产生器信号加至主放大器的输入端，那么输出信号为Um。如果将增益置于最大，放大器将过载，过载倍数为过载时的增益除以非过载时的增益。当主放大器输出波形回到基线附近(规定最大输出电压U二士0.Olum)的一个带内，小信号增益也恢复到正常时，主放大器就被认为从过载恢复了。过载脉冲通过Um的1%两点间归一化为不过载时to。t的倍数。主放大器的过载与增益和t,/2有关，因此详细说明过载恢复时间时，应阐明增益位置和脉冲成形参数，否则就认为适用于主放大器中所有增益和滤波网络的组合。如果主放大器具有P/Z补偿网络和BLR，则在进行过载测试前必须把网络准确调好，并应在给出测量结果时加以说明。用尾脉冲产生器做主放大器的信号源时，过载恢复时间规定是对50p，或更大的衰减时间常数而言，此时间常数也应在给出测量结果时加以说明。5.8.1单极性脉冲的过载恢复时间测量单极性脉冲的过载恢复时间方法如下:a.如果改变主放大器增益影响其输入阻抗，就必须在脉冲产生器的终端接一个与特性阻抗相等的电阻到地;b.主放大器的增益置于最小位置，调节脉冲产生器使其输出幅度为um，再调节P/Z补偿电位器，使主放大器输出脉冲无下冲(将示波器放在最灵敏的位置来观察);调示波器使主放大器输出脉冲在CRT上占5DIV;d.把示波器的灵敏度提高十倍，使得2.5div代表脉冲幅度的1%"洲出非过载情况下的输出脉冲宽度;e.调节增益控制使之达到所希望的过载倍数，调节P/Z以得到最佳的基线恢复;卜调节示波器扫描速度，使得前沿和后沿之间在水平方向上占有整数大格。测出过载情况下的输出脉冲宽度。5.8.2双极性脉冲的过载恢复时间其测量方法与单极性脉冲相同。但测量脉冲宽度为双极性脉冲的t}.m。P/Z调节应在单极性脉冲时调整好。5.9过零时间晃动测量 GB/T4079一94主放大器输出的双极性脉冲穿过基线的时间称为过零时间，它可提供定时信息。主放大器某些参量变动会引起过零时间改变称为“过零时间晃动”，图s所示系统可用来测量主放大器双极输出幅度改变或增益不同时的过零时间晃动。示波器脉冲产生器被测放大器衰减愉出外触发图s测量过零时间晃动的装置图5.9.飞改变输出幅度引起的过零时间晃动测量方法如下:a.保持放大倍数不变，调节脉冲产生器衰减使主放大器输出幅度为Um;b.用示波器的延迟触发，测出双极信号的过零点;。.保持其它条件不变，调节脉冲产生器衰减输出，使主放大器输出在动态范围内变化;d.以脉冲幅度Um测得的过零时间为时间基点，测出过零时间晃动。说明改变输出幅度引起的过零时间晃动时，应给出动态范围。5.9.2改变增益引起的过零时间晃动测试装置同图s。本测试中被测试主放大器的增益是可变的，而输出幅度则通过调节脉冲产生器衰减输出保持在Um,增益改变引起的过零时间晃动指的是覆盖整个粗细增益调节范围的过零时间晃动。5.10计数率效应测量谱仪的计数率受前置放大器或主放大器的限制，当仅测主放大器时，其计数率效应依赖于成形网络和BLR的设计。当仅测前置放大器时，计数率的限制依赖于能量和计数率的积。其它部分必须具有良好的计数率特性，且系统参数应选得接近于放大器的使用条件。5.10.1测量装置测量装置方块图示于图7。脉冲幅度分布的峰位及分辨率同脉冲的计数率有关。主放大器同多道分析器的ADC输入级之间必须直流祸合，多道分析器应工作于符合方式。脉冲产生器直接输出通过逻辑脉冲成形和延迟供给分析器合适的开门信号，使多道分析器只积累脉冲产生器谱。等效的输入计数率用快放大器，甄别器和计数率表测量。根据最佳分辨时间选择快放大器成形时间常数，甄别器的阐则被调到“刚超过”噪声(放射源和脉冲产生器不在时，甄别器刚不被噪声触发)。5.10.2作为计数率函数的峰偏移和谱分辨图7测试装置中通过改变放射源同探测器的距离来调节计数率。主放大器增益和脉冲产生器的设定应使低计数率(不引起分辨率变坏和峰位漂移的最高计数率)下的辐射峰在主放大器最大线性输出的70%和脉冲产生器峰位在9000。保持脉冲产生器输出幅度和频率不变，改变放射源同探测器的距离来调节计数率，测量不同计数率下脉冲产生器峰的峰位及幅度分布的FWHM值。相对于低计数率时的峰位和FWHM值即可算出在规定最高计数率下的峰偏移和谱分辨的变量。 Gs/"r4079一94放射谏快放大器图7测量计数率效应引起的谱畸变装置图测量计数率性能时，系统的极零网络应正确调节。此外，以下参量必须加以说明:歌主放大器成形和基线恢复器设定;阮低计数率峰位和FWHM(计数率低到一定程度时，计数率的改变对分辨率和峰位没有明显的影响，这时的分辨率称为低计数分辨，这时的计数率为低计数率);么用作随机信号源的放射源的名称和能量;吐脉冲产生器的输出脉冲幅度对应的能量。6前置放大器主要参数的测试方法前置放大器的主要参数有电荷灵敏度、电荷灵敏度与外接电容C。的关系、内部检验电容的大小、上升时间t=t，与C。的关系、噪声性能、微分非线性L。及积分非线性L,。用图1的装置可测量除非线性以外的所有参数。前置放大器的P/Z调节用矩形脉冲产生器，其余参数可用尾脉冲产生器。6.1电荷灵敏度的测量前置放大器的电荷灵敏度应在主放大器的输出端来测量。具体方法如下:a.如果前置放大器有P/Z补偿，在测量之前先将它调整好;b.将主放大器增益A置于合适值，以保证前置放大器工作在动态范围之内，用5.3的方法确定其值。在测A时，应保证衰减器的输出阻抗和终接情况与正常工作的前置放大器存在时相同;c.连接脉冲产生器与电容器盒子，调好主放大器的P/Z。然后调节脉冲产生器，使主放大器输出的脉冲幅度为5.00V;d用示波器测定Ui。;e.电荷灵敏度S。可由公式(10)计算5.OOV·····⋯⋯“.⋯⋯”:.(10A·U;.·C式中:A—主放大器增益;S}—电荷灵敏度;U,.—电荷灵敏前置放大器输入的脉冲幅度，V;C,—已知的检验电容，pF.应注明该电荷灵敏度是在什么特定的探测器电容(可以是摸拟电容)和t,re下获得的。t,/,应选用前置放大器通常选用的数值。 GB/T4079一946.2电荷灵敏度与电容关系的测量当c:变化时，电荷灵敏度也要改变，应测出整个前置放大器所设计的电容范围内的电荷灵敏度。测量方法有多道分析器法和线性桥法。6.2.1多道分析器法测量装置见图8多道分析器电荷灵胜图S多道分析器法测量电荷灵敏度与电容关系的装置方框图测量时，先将C,置于最小值，调节脉冲产生器或调节主放大器增益使主放大器的输出脉冲置于多道分析器满量程附近，记下峰位，然后逐档改变c.，并记下多道分析器上峰位的变化。6.2.2非线性桥法在用非线性桥法时有两种方法:氏在C。的低端或高端处，使桥平衡，然后记录下当Ct发生变化时，桥输出电压的变化量;阮在C的某一端处使桥达到平衡，当C。变化时调节脉冲产生器输出电压使桥仍保持平衡，记录下在c，每一档处脉冲产生器电压的变化量。6.2.3电荷灵敏度与电容关系的详细说明建议由所得数据作一个电荷灵敏度与电容C。关系的图表(对零电容进行归一化)，并详细说明在前置放大器所允许的最大电容处发生的电荷灵敏度的变化值，若此值大于1%，应再给出一中等电容值下的变化值，并注明测量时所用rv:和每一个数据点上的上升时间是否调至最佳。6,3r与C。的关系的测量在6.2的测量中，同时可得到r与c、的关系。一般用两组数据给出r，与c、的关系图表，一组是C等于零(或在前置放大器设计的最小电容)处r。调至最佳值，改变c、得到r,与c，的关系;另一组是对不同的c.均把r，调至到最佳值而得到的r，与c的关系.6.4内部检验电容c,,..的测量6.4.1将产生器信号接至前置放大器的检验输入。642调节脉冲产生器输出电压，使之与使用电容器盒子时的主放大器输出信号幅度相同。6-4.3由公式(11)可计算出内部检验电容C,-C.,.,”U;.,·CJU;..··········”··一(11)式中:U;.,—接电容器盒子时的输入信号幅度，V;U,Q—转接至前置放大器检验输人后的输入1[7号幅度，V,建议内部检验电容采用零温度系数电容。6.5前置放大器噪声的测量测量电荷灵敏前置放大器的噪声有AC电压表法和多道分析器法。6.5.1要求与说明6.5.1.1在测量之前，要选用包含有准高斯成形网路的放大器，且要消除基线恢复器造成的噪声抑制，选定c=z，并调整好P/Z网络。6.5.1.2要减少外部噪声干扰到最小。6.5.1.3对于同非倍增探测器(如屏栅电离室，锗探测器和硅探测器)一起使用的前置放大器，噪声值用eV或keV为单位的FWHM值表示，并注明对何种探测器而言。 GB/"r4079一946.5门.4对于倍增探测器(如闪烁探测器和正比计数器)其噪声是以等效库仑为单位的rms值表示在有些情况下，也有用等效离子对数为单位的rm。值表示6.5.1.5要给出探测器零(或最小)电容下的噪声和噪声斜率值。6.5.2AC电压表法6.5.2门测量方块图见图16.5.2.2置c，于预测范围的一端，调节脉冲产生器的输出幅度，使以。为毫伏量级并测定它。c。为已知，则以.c。为输入的已知电荷量，单位为Ca6.5.2.3调节主放大器增益，使它的输出脉冲U。为伏量级并测定它，单位为Vo6.5.2}4关闭脉冲产生器。若拆掉脉冲产生器，终接电阻必须在电容器盒子的输入端处，以防外部干扰。6.5.2.5建议用正弦有效值电压表记录下e..，单位为V,6.5-2.6把上面的有关量的数值代入公式(12)，即可得到前置放大器在c。一端处的噪声谱线宽度:2.355，‘·UmcFWHM=1.128X·e-·················，.·⋯(12)4·Uo式中:1.128—正弦有效值转换为:ms值的转换因子;2.355-rms值转换为FWHM值的转换因子;q一1.602X10-".C;e(对Ge)—2.97eV/电子一空穴对;。(对Si)-3.63eV/电子一空穴对;U.-放大器输出脉冲幅度，V.6.5.2.7改变c,重复上面实验，可得到前置放大器噪声与c的关系。6,5.2.8注意事项当改变c。做上面一系列噪声测量时，脉冲产生器的位置、主放大器输出脉冲的r=2及其幅度应保持不变，可以用改变主放大器的增益使输出脉冲的幅度不变，b.将6.5.2中测得的有关量数值代入下面公式(13)或(14)，即可得到用等效输入噪声电荷或等效离子对数表示的前置放大器的噪声。U;,;·Cq.i=1.128X13)UoU;}·CN};=1.128X9·Uo式中:q_—等效输入噪声电荷，C;N.;—等效离子对数;U,.—前置放大器输入脉冲幅度，V;C—连接脉冲发生器至前置放大器的检验电容，pF;Uo—放大器输出脉冲幅度，V;9一电子电量q=1.602X10-"Ca。与硅探测器连用的和与锗探测器连用的前置放大器噪声的测量，方法和步骤完全相同，只是代入公式(12)中的!值不同而已;d.若用真正rms电压表测得的。。。，公式(12),(13),(14)可以不乘1.128系数。6.5.3多道分析器法用多道分析器法测量前置放大器的噪声有两种方法。两种方法的测量装置见图s, GB/T4079一94图9多道分析器法测量前置放大器噪声的装置图6.5-3-1方法一的测量步骤:a.在前置放大器的输入端处装上适当的探测器，并加上偏压，用一个合适的多能放射源辐照探测器，使其在分析器上显示两个已知能量的谱峰，用两峰能量除以两个峰中心之间的道数，即可得到分析器此时的每道能量数。分析器标定好后，系统增益要保持不变;b.去掉放射源和探测器，在前置放大器输入端接上电容器盒子并置C。于预测范围的一端;C开启脉冲产生器，把电荷注入前置放大器;止在分析器上累积得到此C。值下的脉冲产生器的峰，测得此峰的FWHM道数，用它乘以标定好的每道能量，即可得到以能量为单位的某C、值下的前置放大器噪声;e.改变C，值，重复6.5.3.1中的d步骤，即可得到前置放大器噪声与Ct的关系;f.由上面结果可给出C。等于零(或最小)时的前置放大器噪声及噪声的斜率值。并注明测量时主放大器输出脉冲的t=i值。6.5-3-2方法二的测量步骤:a在前置放大器的输入端处装上适当的探测器，并加上偏压，用一合适的单能放射源，在分析器上累积此单能源的峰，并记下此峰的中心道位;b.只去掉放射源，其它条件不变;c.把脉冲产生器的脉冲高度盘读数调到与此单能源的能量相对应的位置;d.调节脉冲产生器的衰减器和归一化盘，使脉冲产生器峰的中心道位和上面单能放射源峰的中心道位相重合。此时，脉冲产生器已经用能量进行刻度，归一化盘已不能再改动;已拆下探测器，换上电容器盒子，并置C。于预测范围的一端;f.用校准过的脉冲产生器，在分析器上可先后得到两个脉冲产生器的峰，用它们可对分析器进行校准，得到分析器的每道能量数。用每道能量数乘以用道数表示的脉冲产生器峰的FWHM值△N，即可得到用能量表示的某C。下的前置放大器噪声谱线宽度。见公式(15):E,一EZFWHM=△入r(15N,一N2式中:E,—脉冲产生器高度盘上读出的第一个能量值，eV;E,—脉冲产生器高度盘上读出的第二个能量值，eV;N,—在多道分析器上相应于E，的峰中心道位，道;N2—在多道分析器上相应于E:的峰中心道位，道;AN—以道数表示的脉冲产生器峰的FWHM值，道。9改变C.值，重复6.5.3.2中的f，即可得到前置放大器噪声与C。的关系;h.若用等效输人噪声电荷表示前置放大器噪声，可用公式(16):16 GBfT4079-94UPI一Uo2·C·6N，.··“”···”·······，.·””⋯(16)N，一N2式中:UPI—脉冲产生器先输出的脉冲幅度，V;U12—脉冲产生器后输出的脉冲幅度，V;N,—在多道分析器上相应于U=的峰中心道位，道;N2—在多道分析器上相应于U,:的峰中心道位，道;AN—以道数表示的脉冲产生器峰的FWHM值，道，6.5.3.3注意事项a.测量中应确保积累的各个峰是在系统的线性工作范围之内;b.累积各个峰的FWHM至少应有十道;。.峰位计数应不少于10000个数。6.54对测量结果的修正测量到的前置放大器噪声，应把主放大器的影响扣除掉，方法如下:在确定了‘。后，拆掉前置放大器，用一个等于前置放大器输出阻抗来终接主放大器输入端，测得新的。‘n。。单独由前置放大器产生的有关噪声是由〔(e..)’一(e,-)2尹2决定。66前置放大器微分非线性测量6.6.1测量装置如图10所示。6.6.2测量步骤如下:乐脉冲产生器直接输出的脉冲幅度为Um;瓦脉冲产生器的衰减输出至前置放大器的检验端，此时前置放大器的直流输出在正常工作电平处。然后调节衰减器使前置放大器的输出脉冲幅度约为最大线性输出幅度;调节主放大器增益，使其输出脉冲幅度为U=,，使非线性桥输出为零;前置故大器脉冲产生甜FEr护、.主放大器衰减器非线性桥示波器-"fI;R,"","馋VIK之‘!工一T宁R,外触发D}IC$It}V!K洲010硒M厂‘~OV+图10测量前置放大器微分非线性的装置图d.调节电源V一与V,之间的电位器于是，一个变化的电流加至场效应管的栅极，使前置放大器直流输出电压在其整个动态范围内变化。同时测量不同前置放大器直流输出电压下的桥的偏离值。最大偏离值为6Ub-..e.前置放大器的微分非线性由下式(17)得到。Lo=C2XAUb,，二汀(A=U=))X100纬“·····““·········””·⋯(17)式中;A.—非线性桥的放大倍数.LO-微分非线性，%。叨玩t。—电桥最大输出电压，mV;Um—放大器最大线性输出脉冲幅度，V.注:①R",为在前置放大器内临时增加的一个电阻。其大小约与R，相等.R"，的一端与场效应管姗极相连，此端必须屏蔽，与周围元件相隔离，以免影响前置放大器的电荷灵敏度。R",另一端与电位器的滑动端相连，电位器两 ce/T4079一94端直接与电源v-.vl相接;②在给出前置放大器微分非线性的同时，应注明主放大器输出脉冲的e1>,，前置放大器的动态范围及输入电容值。6-7前置放大器积分非线性的测量测量前置放大器的积分非线性仍用电桥法，方块图见图ii图1i测童积分非线性为块图测试方法基本同主放大器，不同之处为:a.调节脉冲产生器衰减输出的幅度和衰减器(连续可调的衰减倍数使前置放大器的输出幅度为它的最大线性输出幅度);b.调节主放大器增益使电桥输出为零。测量积分非线性时应注明前置放大器输出电压的范围，主放大器的Lvz<附加说明:本标准由中国核工业总公司提出。本标准由北京核仪器厂负责起草。本标准主要起草人于秀华、吴炳麟、罗凤群。'