伽马光子辐射探测器

接线图 2024年02月06日 17:47 218 admin

本应用笔记讨论了实现伽马光子辐射探测器的设计注意事项、原理图和组件选择。该设计由 PIN 光电二极管、四个低噪声运算放大器和一个比较器组成，能够检测伽马辐射的各个光子。
本应用笔记讨论了实现伽马光子辐射探测器的设计注意事项、原理图和组件选择。该设计由 PIN 光电二极管、四个低噪声运算放大器和一个比较器组成，能够检测伽马辐射的各个光子。图 1 的电路包括一个 PIN 光电二极管，用于检测伽马辐射的各个光子。当光子撞击光电二极管反向偏压产生的耗尽区时，它会产生与光子能量成比例的少量电荷。然后，产生的信号由四个放大器放大和滤波，最后的比较器区分信号和噪声。每次具有足够能量的伽马光子撞击光电二极管时，比较器输出脉冲为高电平。

伽马光子辐射探测器第1张

组件考虑

因素最关键的组件是 PIN 光电二极管，其选择常常涉及相互矛盾的考虑因素。例如，探测器灵敏度（给定辐射场检测到的光子数量）取决于耗尽区的大小，而耗尽区的大小又取决于二极管的面积以及施加到其上的反向偏压的量。因此，为了最大限度地提高灵敏度，您应该选择具有高反向偏压的大面积探测器。但是，这两种情况都会增加噪音。
大面积检测器往往具有较高的电容，这会增加电路的噪声增益。同样，较高的偏置电压意味着较高的漏电流。漏电流也会产生噪声。图 1 电路包含 Fairchild 的 PIN 光电二极管 (QSE773)。尽管可用且便宜，但它可能不是最佳的。然而，Hamamatsu 的某些 PIN 光电二极管可以在此应用中很好地工作。选择反向偏压下具有 25 pF 至 50 pF 电容的检测器可以在灵敏度和噪声之间实现公平的折衷。
第一级运算放大器的重要考虑因素包括输入电压噪声、输入电流噪声和输入电容。输入电流噪声直接存在于信??号路径中，因此运算放大器应最小化该参数。JFET 或 CMOS 输入运算放大器是必须的。此外（如果可能）运算放大器的输入电容应小于 PIN 光电二极管的电容。
如果您使用高质量的 PIN 光电二极管和低电流噪声的运算放大器，并且仔细注意设计，则噪声的限制因素应该是第一级运算放大器的输入电压噪声乘以运算放大器的总电容。放大器的反相节点。该电容包括 PIN 光电二极管电容、运算放大器输入电容和反馈电容 C1。因此，为了最大限度地降低电路噪声，应最大限度地降低运算放大器的输入电压噪声。
该电路中所示的运算放大器 (MAX4477) 可实现此设计。它具有可忽略不计的输入电流噪声和极低的输入电压噪声：在 10 kHz 至 200 kHz 的临界频率下为 3.5 至 4.5 nV/RtHz。其输入电容相当低，为 10 pF。

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