基于光电倍增管的核电子学前端系统噪声研究.pdf

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1、长江大学学报(自科版)2015年3月第12卷第7期(理工上旬TU)JournalofYangtzeUniversity(NaturalScienceEdition)Mar．2015，Vo1．12No．7[引著格式]基于光电倍增管的核电子学前端系统噪声研究[J]．长江大学学报(自科版)，2015，12(7)：17~20基于光电倍增管的核电子学前端系统噪声研究易发成喊安(⋯⋯⋯一一⋯一四川绷621010)，席发元(西南科技大学核废物与环境安全国防重点学科实验室，四川绵阳[摘要]核电子学前端噪声是设计核电子学前端必须考虑的重要I'

2、M题，如何确定核电子学前端噪声界限，提高信噪比是前端设计必须关注的问题。从核电子学前端系统(探测器(光电倍增管)、前置放大器和滤波成形电路)入手，通过2个不等式建立了核电子学前端系统噪声上界、下界问题和核电子学前端噪声模型，同时给出核电子学前端系统噪声上界。研究表明，电荷灵敏前置放大器噪声下界与频带无关；核电子学前端系统噪声上界与给定条件下信号频带宽度成正比。[关键词]核电子学前端；探测器(光电倍增管)；前置放大器；滤波成形电路；噪声上界；噪声下界[中图分类号]TL821[文献标志码]A[文章编号]1673—1409(201

3、5)070017—04核电子学前端系统研究一直是核电子学研究的热点，其前端系统的噪声历来作为该领域的研究重点。其研究方法基本上都是从器件的噪声或者单元电路进行研究，鲜有从整个系统的角度考虑的卜。笔者从系统的观点考虑，研究核电子学前端噪声并给出整个系统模型。并从核电子学前端系统3部分(探测器(光电倍增管)、前置放大器和滤波成形电路)人手逐步建立整个系统的噪声模型。1光电倍增管噪声模型光电倍增管的噪声机理研究较为复杂，Handbury、EbenbartEHE等都进行过深入的研究，并给出一系列成果。郭从良等从光子的噪声、光阴极的噪

4、声、二次发射噪声、倍增极串噪声、管理的放射性引起的噪声等，建立光电倍增管噪声模型。光电倍增管噪声表达式为：d一2ql。(1+f1)df(1)式中，。为光阴极电流，A；q为一个单位电荷量，C；为与光电倍增管增益有关的参数；f为频带，Hz；№为光电倍增管噪声电流，A。2前置放大器的声模型结合参考文献[5-7]，建立噪声模型：d一+4kT+2qlpe(1+2q]¨()+(+4kT7)d厂式中，R为探测器偏置电阻，Q；R为前置放大器反馈电阻，Q；为总的输出电压，V；T为温度，℃；I为栅级漏电流，A；A为电荷灵敏前置放大器变换增益，V

5、／MeV；C为电荷灵敏前置放大器反馈电容，F；C为电荷灵敏前置放大器器输入电容，F；k为热力学波尔兹曼常数；g为JFE跨导，mS；)，为修正因子；C为场效应管栅极电容，F；K为工艺参数。对式(2)进行积分：一j’++2qI~(1I)a，+-『()+(+4kTy]d厂㈤[收稿日期]2014—10一O7[基金项目]国家自然科学基金项目(1087599)；西南科技大学国防重点实验室预研基金项目(15YYHK17)；西南科技大学高教研究项目(12GJZX18)。[作者简介]吴军龙(1978一)，男，硕士，讲师，现主要从事核电子学核、

6、核辐射探测学方面的教学与研究工作；E-mail：wujunlong@Swust．edu．cao·20·理工上旬刊*数理科学与应用2015年3月[参考文献][1]王芝英．核电子技术原理[M]．北京：原子能出版社，1989：88~91．[2]GlennF．Knol1．Radiationdetectionandmeasurement[M]．NewYork：JohnWileandSons，Inc．1979：650~656．[3]陈波．低噪声电荷灵敏前置放大器的噪声分析[J]．核电子学与探测技术，2008，28(3)：612~614．

7、[4]郭从良．光电倍增管的噪声模型[J]．核电子学与探测技术，2004，24(2)：117～131．[5]邓智．用于CZT探测器信号读出的低噪声电荷灵敏前放A250[J]．核电子学与探测技术，2007，27(6)：I103~I105．[6]苏弘．一种新型电荷灵敏前置放大器和成形峰保持混合电路[J]．核电子学与探测技术，2007，27(6)：568~571．[7]邓智．低噪声COMOS电荷灵敏前放的ASIC设计[J]．核电子学与探测技术，2005，25(6)：678~681．[8]LIXiangyu．Particledetec

8、torreadoutintegratedcircuitof01．8umtechnoloywith164eequivalentnoisecharge[J]．NuclearScienceandTechniques，201I(22)：358～365．[9]兰州大学[EB／0L]．http：／／w