GB/T 4079-1994 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

UpC539.1-074:621-039.5

F8

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-sensitive

preamplifiersusedwithdetectorsofionizingradiation

1994一12一22发布1995一10一01实施

国家技术监督局发布

目次

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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GB4079-83

Testproceduresforamplifiersandcharge-sensitive

preamplifiersusedwithdetectorsofionizingradiation

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,IHIrisetime

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toizo

3.1.14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。

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GB/T4079一94

3.1-28(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.me

3.1-29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，mva

12.20e..: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，no

3.2.32:。:内阻,no

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3.2.33Ro:终接电阻,520

3-2.34R,: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/C

12.36t: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，Ve

12.46U;放大器输人脉冲幅度，Vo

3.2.47Um: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。

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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。

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