一种低噪声大动态范围小型前端电路的研究

【摘要】：随着核物理与粒子物理的发展，粒子探测器在位置分辨、时间分辨以及计数率等性能方面有了很大的提高。这就对前端电路提出了更高的要求，一方面前端电路要有较低的噪声以满足探测器的要求；另一方面，为了保证前端电路中前放输出信号不会因为高计数率产生“堆积”，需要使前放有一定的动态范围。基于这个出发点，本论文从降低前端电路噪声和增加前端电路动态范围两个方面进行研究，设计了一种低噪声、大动态范围的小型前端电路，该电路可用于半导体探测器、光电倍增管及电子倍增器等探测器信号的处理。 本文设计的小型前端电路包括电荷灵敏前放、成形放大电路、单道脉冲幅度分析电路。前放等效输入噪声≤1.5keV，动态范围可达0~±11V，积分非线性≤0.11%。对于能量为1MeV的射线，允许输入信号的平均计数率可达106，并且结构简单，造价低于国外同类型电路。该电路为模块化电路，根据不同的应用场合，可以采用不同的组合方式。当前放、主放模块与本所制作的金硅面垒探测器构成系统时，采用239Pu α源进行测试，测得在5.157MeV时的能量分辨约为1.23%；当主放、单道脉冲幅度分析器模块与本所制作的碘化铯晶体探测器构成系统时，采用60Co源进行测试，对于能量为1.332MeV的γ射线，测得其能量分辨约为7.9%，完全满足实际应用需求。 本文研制的小型前端电路具有较低的噪声、大的动态范围、简单的电路结构，并且体积小、集成度高、稳定性好、价格低廉，有良好的应用前景。