如何實現(xiàn)伽馬光子輻射檢測器的設(shè)計

本應(yīng)用筆記討論了實現(xiàn)伽馬光子輻射檢測器的設(shè)計注意事項，原理圖和組件選擇。該設(shè)計由一個PIN光電二極管，四個低噪聲運(yùn)算放大器和一個比較器組成，該比較器能夠檢測伽馬輻射的各個光子。

圖1的電路包括一個PIN光電二極管，它可以檢測伽瑪射線的各個光子。當(dāng)光子撞擊由光電二極管上的反向偏壓產(chǎn)生的耗盡區(qū)時，它將產(chǎn)生與光子能量成比例的少量電荷。然后，將得到的信號通過四個放大器進(jìn)行放大和濾波，最后一個比較器將信號和噪聲區(qū)分開。每當(dāng)具有足夠能量的伽馬光子撞擊光電二極管時，比較器輸出高脈沖。

組件注意事項

最關(guān)鍵的組件是PIN光電二極管，其選擇通常涉及相互矛盾的考慮因素。例如，檢測器的靈敏度（對于給定的輻射場檢測到的光子數(shù)）取決于耗盡區(qū)的大小，而耗盡區(qū)的大小又取決于二極管的面積和施加在二極管上的反向偏置量。因此，為了最大程度地提高靈敏度，您應(yīng)該選擇具有高反向偏置的大面積檢測器。但是，這兩種情況都會增加噪音。

大面積檢測器往往具有較高的電容，這會增加電路的噪聲增益。同樣，較高的偏置電壓意味著較高的泄漏電流。漏電流也會產(chǎn)生噪聲。圖1電路包括Fairchild的PIN光電二極管（QSE773）。盡管可用且便宜，但它可能不是最佳選擇。但是，Hamamatsu的某些PIN光電二極管可以在此應(yīng)用程序中很好地工作。在反向偏置下選擇具有25 pF至50 pF電容的檢測器可以在靈敏度和噪聲之間取得合理的折衷。

第一步運(yùn)算放大器的重要考慮因素包括輸入電壓噪聲，輸入電流噪聲和輸入電容。輸入電流噪聲直接在信號路徑中，因此運(yùn)算放大器應(yīng)最小化該參數(shù)。必須使用JFET或CMOS輸入運(yùn)算放大器。同樣（如果可能），運(yùn)算放大器的輸入電容應(yīng)比PIN光電二極管的電容小。

如果您使用高質(zhì)量PIN光電二極管和低電流噪聲的運(yùn)算放大器，并且要特別注意設(shè)計，則噪聲的限制因素應(yīng)該是第一級運(yùn)算放大器的輸入電壓噪聲乘以運(yùn)算放大器上的總電容。放大器的反相節(jié)點。該電容包括PIN光電二極管電容，運(yùn)算放大器輸入電容和反饋電容C1。因此，為了最大程度地減小電路噪聲，請最小化運(yùn)算放大器的輸入電壓噪聲。

該電路中所示的運(yùn)算放大器（MAX4477）支持該設(shè)計。它具有可忽略的輸入電流噪聲和極低的輸入電壓噪聲：在10 kHz至200 kHz的臨界頻率下為3.5至4.5 nV / RtHz。它的輸入電容相當(dāng)?shù)?，僅為10 pF。

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