Зарядочувствительный предусилитель

 

Изобретение относится к ядерной электронике . Цель изобретения - повышение быстродействия путем уменьшения влияния перегружающих импульсов заряда. Зарядочувствительный предусилитель содержит операционный усилитель 1, транзисторы 2 и 3, диоды 4-7, резистор 8 и конденсатор 9 обратной связи, источник 10 опорного напряжения и резисторы 11-14. При поступлении перегружающих импульсов заряда на вход устройства через транзистор 3, диод 7 и транзистор 2 протекает ток, обусловленный этим избыточным зарядом. При этом операционный усилитель 1 работает в линейном режиме. После окончания действия входного перегружающего заряда транзистор 3 и диод 7 закрываются. Время запирания транзистора 3 определяется его базоэмиттерной емкостью и величиной резистора 14. После закрывания транзистора 3 и диода 7 и истечения времени спада устройство готово к приему следующих входных зарядов Т.обр транзистор 3 и диоды 6 и 7 способствуют увеличению быстродействия. С помощью резисторов 12 и 13 устраняется уменьшение диапазона выходного сигнала за счет падения напряжения база-эмиттер транзистора 2, обеспечивается оптимальный режим и устойчивая работа операционного усилителя 1. 1 ил Ё

(51)5 Н 03 F 1/34

ГОСУДАРСТВЕН-ЗЫБЕЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ 0с г(д (7

1(СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК - л

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4377163/09 (22) 10.02.88 (46) 15.06.91. Бюл. N 22 (72) Ю.Ю,Доценко (53) 621.375,024(088.8) (56) Nucleal Instruments and Methods In

Physics Research vol. 251, ¹ 2, 1986, р. 261, fig 6. (54) ЗАРЯДОЧУВСТВИТЕЛЬНЫЙ ПРЕДУСИЛИТЕЛЬ (57) Изобретение относится к ядерной электронике, Цель изобретения — повышение быстродействия путем уменьшения влияния перегружающих импульсов заряда. Зарядочувствительный предусилитель содержит операционный усилитель 1, транзисторы 2 и

3, диоды 4 — 7, резистор 8 и конденсатор 9 обратной связи, источник 10 опорного напряжения и резисторы 11 — 14. При поступлении перегружающих импульсов заряда на

Изобретение относится к ядерной электронике и может быть использовано для построения амплитудных спектрометрических трактов многоканальных анализаторов или радиометров с цифровыми поро ами дискриминации.

Цель изобретения — повышение быстродействия путем уменьшения влияния перегружающих импульсов заряда.

На чертеже представлена принципиальная электрическая схема предложенного устройства.

Зарядочувствительный предусилитель содержит операционный усилитель 1, первый 2 и второй 3 транзисторы, первый 4, второй 5, третий 6 и четвертый 7 диоды, резистор 8 и конденсатор 9 обратной связи, источник опорного напряжения 10, а также. Ы 1656664 А1 вход устройства через транзистор 3, диод 7 и транзистор 2 протекает ток, обусловленный этим избыточным зарядом. При этом операционный усилитель 1 работает в линейном режиме. После окончания действия входного перегружающего заряда транзистор

3 и диод 7 закрываются, Время запирания транзистора 3 определяется его базоэмиттерной емкостью и величиной резистора 14.

После закрывания транзистора 3 и диода 7 и истечения времени спада устройство готово к приему следующих входных зарядов.

Т.обр. транзистор 3 и диоды 6 и 7 способствуют увеличению быстродействия. С помощью резисторов 12 и 13 устраняется уменьшение диапазона выходного сигнала эа счет падения напряжения база-эмиттер транзистора

2, обеспечивается оптимальный режим и устойчивая работа операционного усилителя

1. 1 ил. первый 11, второй 12, третий 13 и четвертый

14 резисторы.

Зарядочувствительный предусилитель работает следующим образом.

Измеряемые отрицательные импульсы заряда Q поступают на вход устройства. Этот заряд распределяется между емкостью входа устройства Свх, которая определяется как сумма емкости детектора Сд и входной емкости операционного усилителя 1 Свх у и емкостью обратной связи С,с. Последняя представляет собой емкость конденсатора обратной связи 9. Полагая, что полный заряд О, собираемый детектором, делится на заряды 0» и Qo.o,которые поступают соответственно в емкости С», и С0.с получают

0 = Овх + Qo.с, Q8x = Свх Чвх.

1656664

Qo.с Сос(Чвх Чеых);

Чеых КЧех где К вЂ” коэффициент усиления операционного усилителя 1 без обратной связи;

Чех — напряжение на входе устройства.

Решая эти уравнения относительно Чвых, получают

Чеых —. (— б.с т.е. амплитуда сигнала на выходе устройства определяется величиной заряда 0, образованного в детекторе, и емкостью обратной связи Со,с и практически не зависит от входной емкости устройства (Свх. = Сд).

Таким образом, наличие отрицательной обратной связи по заряду стабилизирует не только операционный усилитель 1, но и сам источник заряда.

Время нарастания выходного импульса (tH) на выходе устройства определяется временем сбора заряда в детекторе ионизирующего излучения, а постоянная спада выходного сигнала tc равна произведению величин сопротивления и емкости резистора 8 и конденсатора 9 обратной связи.

Если используются сцинтилляционные детекторы, то tc выбирается из условия максимального отношения сигнал/шум и составляет, как правило, 1 мкс. При этом емкость обратной связи Со.с выбирается как можно меньшей для получениябольшого коэффициента

1 преобразования(Кор = - ), а сопротивле о.с ние обратной связи Ro,с как можно большим с целью уменьшения тепловых шумов. Для измерений средней точности с использованием сцинтилляционных детекторов оптимальными величинами являются Со с, = 1 пФ, Яо.с = 10 OM.

Для сцинтилляционногодетектора т =0,3 мкс, а время спада выходного импульса

1сл - {4-5) Гс

Если амплитуда импульсов выходного напряжения не превышает напряжения источника опорного напряжения 10, то второй транзистор 3 и четвертый диод 7 закрыты и не влияют на работу устройства, так как паразитная емкость коллектор-база второго транзистора 3 включена параллельно входной емкости устройства, и паразитная емкость закрытого четвертого диода 7 подключена через открытый третий диод 6 к источнику опорного напряжения 10. Таким образом, эти емкости не подключены параллельно емкости Сос, не изменяют ее величины и тем самым не влияют на линейность коэффициента преобразования устройства. Током утечки закрытого второго транзистора при

55 реальных значениях Со и Ро также можно пренебречь.

При поступлении на вход перегружающих импульсов заряда Qffep, которое соответствуют высокоэнергетическим изотопам или линиям выходящих за пределы измеряемого диапазона событий. на выходе устанавливается ограниченная амплитуда импульса

Чвых.огр, равная

Чвых.орг = Чпорог + Чбэ + Чд (Vffopof- + 1,4)Ь, где Vffopof напряжение источника опорного напряжения 10;

Чбэ — баэоэмиттерное (прямое) напряжение второго транзистора 3;

Чд — прямое напряжение на четвертом диоде 7. Через второй транзистор 3, четвертый диод 7 и первый транзистор 2 протекает ток, обусловленный избыточным входным зарядом. При этом операционный усилитель 1 продолжает работать в линейном режиме.

После of.ончания действия входного перегружающего заряда второй транзистор 3 и четвертый диод 7 закрываются. Время запирания второго транзистора 3 определяется его базоэмиттерной емкостью и величйной четвертого резистора 4 и составляет 15-30 нс. После закрывания второго транзистора

3 и четвертого дчода 7 и истечении времени спада toff устройсгво готово к приему следующих входных зарядов.

Таким образом, вгарой трзнзисгор 3, третий 6 и четверть>й 7 дисды способствуют увеличению быстродекствия. при этом не ухудшая точностные характеристики устройства.

С помощью второго 12 и третьего 13 резисторов устраняется уменьшение диапазона выходного |-,«гнала за счет г адения напряжения база-эмиттер перво о транзис ropa

2, обеспечивается оптчмальный режим и устойчивая работаоперационного усилителя 1.

Смещение максимального выходного потенциала всторонуотрицательныхэначени.; беспечивает устойчивос ь устройства ð«любых режимах работы. Величина втогэого резистора 12 составляет 3 — 4 кОм, а третьего резистора 13 составляет 8 — 10 кОм.

В качестве операционного усилителя 1 можно испольэовать интегральные схемы

КР544УД2, КР574УД1. входные каскады которых реализованы на полевых транзисторах.

Устранение влияния перегружающих импульсов на работу устройства повышает быстродействие в 3 — 6 раз и позволяет регистрировать входные импульсы с загрузкой

10 имп/с. Кроме того, расширен на 10 — 20 диапазон выходных импульсов, 1656664

Составитель В, Серов

Редактор Г, Мозжечкова Техред М.Моргентал Корректор Н. Король

Заказ 2312 Тираж457 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Формула изобретения

Зарядочувствительный предусилитель, содержащий операционный усилитель, неинвертирующий вход которого соединен с общей шиной и через параллельно-встреч- 5 но включенные первый и второй диоды — со своим инвертирующим входом, а также первый транзистор первого типа. эмиттер которого через первый резистор соединен с первой шиной двухполярного питания, при этом ин- 10 вертирующий вход операционного усилителя является входом устройства и соединен через параллельно включенные резистор и конденсатор обратной связи с эмиттером первого транзистора, коллектор которого подклю- 15 чен к второй шине двухполярного питания, эмиттер первого транзистора является выходом устройства, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия пу20 тем уменьшения влияния перегружающих импульсов заряда, в него введены второй транзистор второго типа, третий и четвертый диоды. второй и третий и четвертый резисторы и источник опорного напряжения, причем коллектор второго транзистора соединен с инвертирующим входом операционного усилителя, выход которого через второй резистор соединен с базой первого транзистора, база второго транзистора подключена к источнику опорного напряжения, а эмиттер — к точке соединения катодов третьего и четвертого диодов и через четвертый резистор к первой шине двухполярного питания, аноды третьего и четвертого диодов подключены соответственно к источнику опорного напряжения и эмиттеру первого транзистора, между базой и коллектором которого включен третий резистор.