[发明专利]金硅面垒型半导体探测器专用电荷灵敏放大电路

说明书

技术领域

本发明涉及一种金硅面垒型半导体探测器专用电荷灵敏放大电路，适用于氡及其子体衰变过程中辐射α粒子的能量测量。

背景技术

放射性元素（如氡及其子体）在衰变过程中会辐射α粒子，目前国内外常通过测量辐射α粒子的能量来探测其母体的浓度。常用的α粒子探测器有光电倍增管和金硅面垒型半导体探测器两种。

光电倍增管可探测紫外辐射、可见光和红外辐射。采用光电倍增管进行光电转换，需要选择适当的闪烁体（比如ZnS等），闪烁体的材料及闪烁室结构不同，将导致对射线的灵敏度不同，此外体积较大、测量时要求严格避光限制了光电倍增管的应用领域。

金硅面垒型半导体探测器是在N型硅的一面镀一层很薄的金，引出导线与探测器外壳连接作负极，在另一面镀一层镍，并用导线引出接正极。当外加电压时，金硅面垒型探测器的输出脉冲幅度正比于入射带电粒子的能量。金硅面垒型探测器主要用来探测α粒子和质子，除具有特别高的能量分辨率外，还具有体积小、工作电压低、线性响应好、脉冲上升时间快、容易做成各种不同形状等优点。

由于金硅面垒型探测器在探测α粒子领域的优势，其工程应用日趋增多。然而金硅面垒型探测器的输出噪声与α分辨率较为接近（如灵敏直径为50mm的金硅面垒型探测器，其输出噪声及α分辨率分别为50keV和55keV），并且氡及其子体衰变过程中辐射的α粒子绝对能量较小。金硅面垒型探测器的传统电荷放大装置的能量响应带宽较窄、灵敏度低较低，导致放大器输出无法准确反应辐射能量；此外，金硅面垒型探测器为射线敏感元件，电荷放大器电路参数设计、PCB布局及结构设计不当均会造成电荷放大装置的输出不稳定。尤其在电荷放大装置近距离范围内接打移动电话时，将使电荷放大装置输出紊乱。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种具有噪声低、响应灵敏度高、转换速度快、防电磁干扰、调试简单、输出数字信号、稳定性高的金硅面垒型半导体探测器专用电荷灵敏放大电路。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案：

本发明由前置放大器、三级反相比例放大器和输出电平与TTL电平兼容的比较器组成；

所述前置放大器的输入端通过同轴电缆与所述金硅面垒型半导体探测器的输出端相连接，所述前置放大器的输出端经所述三级反相比例放大器接所述输出电平与TTL电平兼容的比较器的输入端，所述输出电平与TTL电平兼容的比较器的输出端接计算机的相应输入端。

作为本发明的限定，

所述前置放大器的输入端通过同轴电缆与所述金硅面垒型半导体探测器的输出端相连接，所述前置放大器的输出端经所述三级反相比例放大器接所述输出电平与TTL电平兼容的比较器的输入端，所述输出电平与TTL电平兼容的比较器的输出端接计算机的相应输入端。

 所述前置放大器由晶体管T1-T4、电阻R1-R7、电容C1-C7组成；所述晶体管T1和T2组成复合管，所述晶体管T1的基极经电容C1接所述金硅面垒型半导体探测器的输出端正极，所述晶体管T2的发射极接地，所述晶体管T1和T2的集电极接晶体管T3的发射极，VC1点依次经电阻R7、电阻R1、电阻R2接地，电阻R1和R2的节点接晶体管T3的基极，电阻R4接在电阻R7和R1的节点与晶体管T3的集电极之间，晶体管T3的集电极接晶体管T4的基极，晶体管T4的发射极经电阻R6接地，电阻R5接在电阻R7和R1的节点与晶体管T4的集电极之间，电阻R3与电容C2并联后接在晶体管T4的发射极与晶体管T1的基极之间，电容C3-C7为滤波电容。

 所述三级反相比例放大器的第一级由运算放大器U1A、电阻R8-R14、电容C8-C13组成，所述运算放大器U1A的反相输入端2脚依次经电阻R8、电容C8接所述晶体管T4的集电极，电阻R9与电容C9并联后接在运算放大器U1A的同相输入端3脚与地之间，运算放大器U1A的输出端1脚经电阻R12接地，电阻R10与电容C12并联后接在运算放大器U1A的输出端1脚与反相输入端2脚之间，电阻R14与电容C13并联后接在运算放大器U1A的输出端1脚与第一级反相比例放大器的输出端O1点之间，运算放大器U1A的电源端正极8脚经电阻R11接VC2点，运算放大器U1A的电源端负极4脚经电阻R13接VC3点，电容C10-C11为滤波电容；