Гляненко Современная електронная елементная база в приборах 2012

с этих детекторов малы и важно, чтобы входные цепи предусилителей были малошумящими. Для этого во входных цепях зарядочувствительных предусилителей используют полевые транзисторы. Предусилители для кремниевых и германиевых детекторов заряженных частиц и пропорциональных счетчиков обычно работают при комнатной температуре. Однако для гамма- и рентгеновской спектроскопии высокого разрешения, когда германиевые и кремниевые детекторы работают при азотной температуре, полевые транзисторы предусилителей для уменьшения шума также охлаждают, и они помещаются внутри криостата.

1.1. Предусилители, операционные усилители

Сигналы с некоторых типов детекторов довольно велики и имеют короткие передние фронты. Обработка сигналов для счета событий и извлечения временной информации в этих случаях может оказаться довольно простой. Эти устройства имеют высокое выходное сопротивление, и токовый сигнал с их выхода образует сигнал напряжения на волновом сопротивлении кабеля (чаще всего 50 – 100 Ом), служащем сопротивлением нагрузки, и может оказаться достаточным для подачи непосредственно на вход быстрого дискриминатора. Однако обычно усиление сигнала все же оказывается необходимо.

Рис. 1.1. Упрощенная схема предусилителя для токовых сигналов

Входное сопротивление предусилителя чувствительного к току равное 50 Ом обеспечивает хорошее согласование с волновым сопротивлением кабеля (50 Ом). Импульс тока преобразуется в импульс напряжения. Если время нарастания предусилителя мало по

11

сравнению со временем нарастания импульса с детектора и коэффициент усиления предусилителя k, то амплитуда импульса напряжения на выходе предусилителя будет

Vout = 50 Iink,

где Iin — амплитуда токового импульса с детектора.

При временных измерениях с использованием ФЭУ и микроканальных пластин основной вклад во временное разрешение вносят флуктуации времени пролета электронов в этих устройствах. Однако если необходимо использовать предусилители чувствительные к току, то их вклад во временную неопределенность также нужно учитывать при выборе конкретных устройств.

Предусилитель со временем нарастания заметно меньшим, чем время нарастания сигнала с детектора, не уменьшит времени нарастания выходного сигнала, но увеличит шумы за счет неоправданно широкой полосы пропускания предусилителя, что может привести к ухудшению временного разрешения. Предусилитель с заметно большим временем нарастания (соответственно, с узкой полосой пропускания), чем у импульса с детектора уменьшит шумы, но увеличит время нарастания выходного импульса и временную неопределенность. Лучше всего использовать предусилитель со временем нарастания близким ко времени нарастания сигнала с детектора.

Рассмотрим основные требования к элементной базе таких усилителей. Поскольку они не должны искажать форму импульса тока с детектора, усилитель должен быть быстродействующим, скорость нарастания выходного сигнала его должна быть такова, чтобы обеспечить линейный неискаженный режим работы усилителя на максимальных входных амплитудах импульсов (до 5 В и более для быстродействующих сцинтилляционных и черенковских детекторов). Желательно также иметь большой выходной ток в случае необходимости передачи сигнала на заметное расстояние от детектора (десятки метров коаксиального кабеля). Наиболее оптимальным вариантом для построения таких усилителей является использование современных быстродействующих ОУ, номенклатура которых в настоящее время достаточно велика. Наиболее распространены ОУ фирм Analog Devices, Linear Technology, National Semiconductors, Texas Instruments/Burr-Brown, Intersil, Мaxim и некоторых дру-

гих. В табл. 1.1 приведены основные характеристики некоторых быстродействующих ОУ фирмы Analog Devices.

12

Параметр Slew Rate характеризует скорость нарастания выходного сигнала ОУ при ступенчатом изменении (скачке) сигнала на входе, Vos определяется как постоянное напряжение, приложенное между входными выводами ОУ для устранения смещения по постоянному току на выходе, Ib – среднее значение токов через оба входных вывода ОУ при выходном напряжении, равном нулю. Типы корпусов ОУ – DIP,SIP – для монтажа в отверстия, SOIC, LCC,CSP – миниатюрные корпуса для поверхностного монтажа, SOT, SC – сверхминиатюрные транзисторные корпуса для поверхностного монтажа. При выборе конкретного типа ОУ можно ориентироваться на следующие компоненты:

максимальное быстродействие – AD8000, AD8003, AD8009, AD8045, ADA8417-1, AD8001, ADA4857-1.

минимальные шумы – AD8099, ADA4800,AD8004, AD8000,AD829, AD8003.

минимальные входные токи – AD8067, AD8651, AD8652, AD8033, AD8034, AD8065, ADA8417-1.

максимальный диапазон напряжений питания – AD815, AD827, AD829, AD8019, AD8067, AD828, AD8065, AD8033.

В табл. 1.2 приведены параметры ОУ фирмы Linear Technology. Здесь Slew Rate – скорость нарастания выходного напряжения ОУ; Vos – напряжение смещения; Ib – ток смещения.

18