核電子學復習資料

1、核電子學復習整理第一章一、名詞解釋探測效率：探測器探測到的粒子數(shù)與此時實際入射到探測器中的粒子總數(shù)的比值。散粒噪聲：（在電子器件或半導體探測器中）由于載流子產(chǎn)生和消失的隨機漲落形成通過器件的電流的瞬時波動，或輸出電壓的波動，叫做散粒噪聲。分辨率：識別兩個相鄰的能量、時間、位置（空間）之間最小差值的能力。（主要有能量分辨率、時間分辨率、空間分辨率）死時間校正：在監(jiān)察信號的時間Fp內(nèi)，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(chǎn)生的死時間。計時電路就不應該把這個時間計入測量時間，而應從總的測量時間中扣除這個死時間得到活時間。由測到的總計數(shù)除以活時間就是信號計數(shù)率。這種辦法稱為死時間

2、校正。二、填空題1 .核電子學是核科學與電子學相結(jié)合的產(chǎn)物:2 .探測器按介質(zhì)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：3 .核電子學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是：隨機分布的電荷或電流脈沖。（時間特性、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 .簡述核電子學的信號特點。答：1.隨機性；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，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.低溫運行；3.減少冷電容G；4.反饋電阻R和探測器負載電阻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)絡來限制頻帶寬度，也可進一步抑制噪聲。4 .構成核電子學的測量系統(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、輸出脈沖上升時間及其穩(wěn)定性、計數(shù)率效應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，因為第一級產(chǎn)生的噪聲為后面各級放大電路所放大，它在決定整個裝置的噪聲中起著主要的作用。一般半導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？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：極性轉(zhuǎn)換電路、極-零相消電路、積分濾波放大電路、基線恢復電路等放大器的基本參量？（如下7個）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反饋，負反饋愈深，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，其解決的辦法有：（1）應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）當有耦合電容時，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間；（4）在輸入端加一級限幅電路來限制過載脈沖。5.計數(shù)率過載特性：在高計數(shù)率條件下，由于信號堆積造成了譜線嚴重的畸變。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數(shù)率過載。

7、6 .上升時間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，在輸入信號作用下盡可能減少工作電流的變化。(2) 采用負反饋方法，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)通常由一個高增益的運算放大器和一個反饋網(wǎng)絡組成。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、上升時間和過載特性等。在譜儀放大器中，改善指標的有效辦法是采用負反饋方法。并聯(lián)負反饋與串聯(lián)負反饋：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。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嚴格保持線性關系；(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，提高電路的計數(shù)率響應;(4)成形后的最后輸出波形應適合后續(xù)電路的要求；(5)濾波成形電路應盡可能簡單，參數(shù)可以調(diào)節(jié)，以達到最佳效果。白化濾波器與匹配濾波器：當輸入噪聲不是白噪聲時,最佳濾波器的頻率響應H( 3可由以下方法導出：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

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）點和后級的零（極）點相消，從而改善輸出波形的方法稱為極消?；€恢復（產(chǎn)生原因、對信號的判別標準）：堆積拒絕方法：對峰堆積的處理方法首先要能夠隨時發(fā)現(xiàn)峰堆積，通常是設法判別信號的前沿堆積后沿堆積對信號的判別標準：T>tw-tM兩個信號都無幅度畸變。tM>T>0發(fā)生前沿堆積，兩個信號都發(fā)生畸變。tw-tM>T>tM發(fā)生后沿堆積，前一個信號無畸變，后一個信號發(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門電路，其作用在控制信號（門控信號）作用下，可以有兩個狀態(tài)。用于時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。它有一個閾電壓，稱為甄別閾。單道脈沖幅度甄別器的工作原理？幾個概念：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行分布計數(shù)。用于幅度分析的模數(shù)轉(zhuǎn)換器是核電子學中的一個重要內(nèi)容。什么是幅度響應？答：模數(shù)變換器的輸入信號幅度A與道數(shù)之間的關系稱為模數(shù)變換器的幅度響應。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)關系：P道寬：一個量化級數(shù)相應于模數(shù)變換器的一個道。每個量化電壓都是道邊界。相鄰的兩個量化電壓組成一個道。相鄰兩個量化電壓間的差值稱為模數(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。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間的線性變換。首先，把脈沖幅度V變換成時間間隔然后把時間間隔A變換成數(shù)字m；時間間隔At正比于輸入脈沖幅度V,數(shù)字m正比于時間間隔則數(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)變換器利用二進制的標準電平與輸入信號比較。第一次比較時，取標準電平為滿量程的一半；若標準電平小于信號幅度，則標準電平保留下

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

14、信號本身的漲落時間（收集時間過程的漲落），電子學定時信號V0（t）也會產(chǎn)生漲落時間，定時時刻可以從t0'變到to即為定時誤差，除此之外，電子學的定時電路本身在進行定時時也會產(chǎn)生定時誤差。2.1 前沿定時延遲產(chǎn)生的因素：輸入信號幅度變化引起的時間移動；輸入信號上升時間變化引起的時間移動；噪聲引起的時間晃動；輸入信號統(tǒng)計漲落引起的時間晃動。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2.3 恒比定時2.4 幅度和上升時間補償定時（以上四種方法的優(yōu)缺點、以及適用場合見書P209）最佳定時濾波器與定時濾波放大器定時單道脈沖幅度分析器定義：具有定

15、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。分類：按定時誤差的不同，分為：慢定時（us數(shù)量級）單道和快定時（ns數(shù)量級）單道；按定時方法不同，分為：前沿定時、過零定時、恒比定時三類。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間：能產(chǎn)生符合輸出的幾個輸入端脈沖之間的最大時間間隔；符合曲線：輸入信號的相對延遲時間與符合計數(shù)之間的關系曲線。3 .符合電路（分類、各類分辨時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。時間分析定義：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度分布。時間間隔數(shù)字編碼的主要方法為：1 、時