GB/T 4079-2025 用于电离辐射探测器的放大器和电荷灵敏前置放大器的测试方法

　　ICS 27. 120.20 CCS F 80

　　中 华 人 民 共 和 国 国 家 标 准

　　GB/T 4079—2025代替 GB/T4079—1994

　　用于电离辐射探测器的放大器和电荷灵敏前置放大器的测试方法

　　Testproceduresforamplifiersand charge-sensitivepreamplifiersused with

　　detectorsofionizing radiation

　　2025-10-05发布 2025-10-05实施

　　国家市场监督管理总局国家标准化管理委员会

　　

　　发

　　

　　布

　　GB/T 4079—2025

　　目 次

　　前言 Ⅲ

　　1 范围 1

　　2 规范性引用文件 1

　　3 术语和定义 1

　　4 符号 4

　　5 测试条件 4

　　6 主放大器的主要参数的测试方法 7

　　7 前置放大器主要参数的测试方法 13

　　参考文献 18

　　Ⅰ

　　GB/T 4079—2025

　　前 言

　　本文件按照 GB/T 1. 1—2020《标准化工作导则 第 1部分 :标准化文件的结构和起草规则》的规定起草 。

　　本文件代替 GB/T 4079—1994《用 于 电 离 辐 射 探 测 器 的 放 大 器 和 电 荷 灵 敏 前 置 放 大 器 的 测 试 方法》,与 GB/T 4079—1994相比 ,除结构调整和编辑性改动外 ,主要技术变化如下 :

　　— 增加了符号(见第 4章) ;

　　— 增加了试验环境要求(见 5. 1) ;

　　— 更改了终接电阻的描述(见 5. 2,1994年版的 4. 1) ;

　　— 删除了衰减器稳定性和精度的要求(见 1994年版的 4. 3) ;

　　— 删除了脉冲产生器对示波器的校准 ,多道分析器(见 1994年版的 4. 9、4. 10) ;

　　— 删除了成形时间单位(见 1994年版的 5. 1. 1) ;

　　— 更改了脉冲成形主要参数的测量(见 6. 2,1994年版的 5. 2) ;

　　— 更改了积分非线性测量方法(见 6. 7,1994年版的 5. 6) ;

　　— 删除了市电电压变化的影响(见 1994年版的 5. 7. 2) ;

　　— 更改了单极性脉冲的过载恢复时间的测试方法(见 6. 10. 2,1994年版的 5. 8. 1) ;

　　— 删除了内部检验电容 Cc,int的测量(见 1994年版的 6. 4) ;

　　— 更改了正弦有限值电 压 表 为 全 波 真 均 方 根 电 压 表 , 并 修 改 相 关 公 式(见 7. 5. 2, 1994年 版 的6. 5. 2) ;

　　— 删除了前置放大器微分非线性测量(见 1994年版的 6. 6) 。

　　请注意本文件的某些内容可能涉及专利 。本文件的发布机构不承担识别专利的责任 。

　　本文件由全国核仪器仪表标准化技术委员会(SAC/TC30)提出并归 口 。

　　本文件起草单位 : 中核控制系统工程有限公司 、中国核动力研究设计院 、中国核电工程有限公司 、清华大学 、成都理工大学 、中核国电漳州能源有限公司 、中国原子能科学研究院 、华龙国际核电技术有限公司 、中核战略规划研究总院有限公司 、中核矿业科技集团有限公司 。

　　本文件主要起草人 :刘刃、张志雄、曹迎锋、杨康、苏家豪、刘海林、王晓琼、邢尚鹏、蔡雯、宫辉、曾国强、吴耀 、王凯 、王立 、李进 、彭锦秋 、陆炜伟 、连鑫炜 、刘洋 、孙元君 、刘依杭 、李晗 、王攀 。

　　本文件及其所代替文件的历次版本发布情况为 :

　　— 1983年首次发布为 GB/T 4079—1983,1994年第一次修订 ;

　　— 本次为第二次修订 。

　　Ⅲ

　　GB/T 4079—2025

　　用于电离辐射探测器的放大器和电荷

　　灵敏前置放大器的测试方法

　　1 范围

　　本文件描述了电离辐射探测器用的主放大器(成形放大器)和电荷灵敏前置放大器的测试方法 。

　　本文件适用于半导 体 探 测 器 、气 体 脉 冲 电 离 室 、正 比 计 数 管 用 的 主 放 大 器 和 电 荷 灵 敏 前 置 放 大器 , 以及闪烁探测器用的模拟主放大器 。

　　2 规范性引用文件

　　下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款 。其中 , 注 日期的引用文件 ,仅该日期对应的版本适用于本文件 ;不注日期的引用文件 ,其最新版本(包括所有的修改单) 适用于本文件 。

　　GB/T 8993 核仪器环境条件与试验方法

　　3 术语和定义

　　下列术语和定义适用于本文件 。

　　3. 1

　　电荷灵敏前置放大器 charge-sensitivepreamplifier

　　其输岀信号正比于输入电荷 ,而与输入电容基本无关的前置放大器 。

　　[来源 :GB/T 4960. 6—2008,3. 1. 25] 3.2

　　主放大器 main amplifier;shaping amplifier

　　谱(仪)放大器 spectrum amplifier

　　用于幅度谱测量的线脉冲放大器 。

　　注 : 主放大器又称成形放大器 。它通常具有脉冲成形 、抗 堆 积 、基 线 恢 复 等 功 能 ,并 有 足 够 好 的 稳 定 性 和 合 适 的 谱响应宽度 。

　　[来源 :GB/T 4960. 6—2008,3. 1. 27,有修改] 3.3

　　电荷灵敏度 chargesensitivity

　　电荷灵敏前置放大器的输岀电压与输入电荷之比 。

　　3.4

　　探测器电容 capacitanceofdetector

　　在指定的偏压下 ,探测器的极间电容 。

　　3.5

　　矩形脉冲 rectangularpulse

　　阶跃时间远小于顶部持续时间的平顶脉冲 。

　　1

　　GB/T 4079—2025

　　3.6

　　尾脉冲 tailpulse

　　具有很快的上升时间 ,并以比上升时间要长得多的时间常数指数衰减的脉冲 。

　　3.7

　　微分器 differentiator

　　由电容和电阻组成的高通网络 ,其输出信号正比于输入信号的数学微分 。

　　3. 8

　　准高斯 quasi-Gaussian

　　近似于正态分布的信号形状 。

　　注 : 除另有说明外 ,在本文件中是指由一个微分器和四个(或更多)积分器所产生的脉冲形状 。

　　3.9

　　成形网络 shaping network

　　由(一个或几个微分器组成的)高通网络和(几个积分器组成的)低通网络组成的网络 。

　　注 : 成形网络通过减小前置放大器输岀脉冲的宽度来提高它的时间分辨能力和信号噪声比 。

　　3. 10

　　(测量装置的)上升时间 rise time(ofa measuring assembly)

　　对于一个阶跃响应 ,输出信号达到其最终值与初始稳态值之差所规定的一个很小百分值时与其第一次达到同一差值所规定的一个很大百分值所持续的时间间隔 。

　　注 : 通常规定值是 5% ~ 95%或 10% ~ 90% 。

　　[来源 :GB/T 4960. 6—2008,3. 2. 23]

　　3. 11

　　(成形脉冲的)达峰时间 peakingtime(ofa shaped pulse)

　　单极脉冲由前沿幅度 1%点至峰中心线之间的时间间隔 。

　　3. 12

　　脉冲宽度 pulsewidth

　　单极性脉冲波形中幅度为峰值幅度一半处两点间的时间间隔 。

　　注 : 又称为成形时间 ,标志 t1/2 。

　　3. 13

　　极零相消 pole-zero cancellation

　　在单极性脉冲的 RC脉冲成形网络中为防止上冲或下冲而采用的电路技术 。

　　[来源 :GB/T 4960. 6—2008,3. 2. 36]

　　3. 14

　　放大器的增益 gain ofan amplifier

　　放大器输出脉冲幅度与输入脉冲幅度之比 。

　　3. 15

　　(线性放大器)输入等效噪声 equivalentnoisereferred to input(ofalinearamplifier)

　　输入端的噪声值 ,它能在输出端产生与实际噪声源所产生的相同的噪声值 。

　　[来源 :GB/T 4960. 6—2008,3. 2. 50]

　　3. 16

　　噪声转换增益 noise transition gain

　　主放大器中的一个增益值 。

　　注 : 低于该增益值时 ,输岀噪声几乎与增益无关 ;高于该增益值时 ,输岀噪声几乎与增益成正比 。

　　2

　　GB/T 4079—2025

　　3. 17

　　动态范围 dynamicrange

　　最大可测量指示信号量与最小可测量指示信号量的商 。

　　注 : 在某些情况下 ,动态范围用上述相应值的一个区间表示 。

　　[来源 :GB/T 4960. 6—2008,3. 4. 21]

　　3. 18

　　(测量装置的)积分非线性 integralnonlinearity(ofmeasuring assembly)

　　(1) 线性相应的偏差除以最大额度的输出脉冲幅度 。

　　(2) 道数与脉冲幅度之间线性关系的偏差除以多道脉冲幅度分析器的最大道数 。

　　注 : 以百分数表示 。

　　[来源 :GB/T 4960. 6—2008,3. 2. 42,有修改]

　　3. 19

　　(测量装置的)微分非线性 differentialnonlinearity(ofmeasuring assembly)

　　(1) 输出和输入关系曲线的斜率对参考直线的斜率的最大偏差 。

　　(2) 多道分析器中单个道宽均匀性的涨落 。

　　注 : 以百分数表示 。

　　[来源 :GB/T 4960. 6—2008,3. 2. 41,有修改]

　　3.20

　　双极性脉冲 bipolarpulse

　　在基线两边各有一个凸起的脉冲 。

　　3.21

　　基线 baseline

　　电平的平均值 。

　　注 : 在无重叠脉冲情况下 ,脉冲偏离此电平 ,然后又回到此电平 。

　　3.22

　　基线恢复器 baselinerestorer;BLR

　　在放大器输岀脉冲(或一系列脉冲)后 ,使基线迅速恢复到它以前所在电平的线路 。

　　3.23

　　偏移 offset

　　直流偏离于所规定的电压(或电流)电平 。

　　注 : 除另有说明外 ,此电平是基线 。

　　3.24

　　(辐射能谱仪的)能量分辨力 energy resolution(ofa radiation spectrometer)

　　辐射谱仪能分辨的两个粒子能量之间的最小差值 。

　　注 : 通常情况下能量分辨率用一个因子表示 ,该因子是在单能粒子分布曲线峰的半高宽(能量)除以峰位的能量 。

　　[来源 :GB/T 4960. 6—2008,3. 2. 26]

　　3.25

　　分辨时间 resolvingtime

　　相继岀现且仍能被分辨的两个脉冲之间经历的最小时间间隔 。

　　[来源 :GB/T 4960. 6—2008,3. 2. 20]

　　3.26

　　终接电阻 terminating resistor

　　跨接在放大器或信号产生器输出端的电阻 。

　　注 : 终接电阻的目的是消除信号在这些端处的反射 。

　　3

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　　3.27

　　特性阻抗 characteristic impedance

　　一个网络(例如一同轴电缆或一衰减器)的内阻(阻抗) 。

　　注 : 当用与该阻抗相同的电阻终接时 ,能避免信号的反射且输出信号减半 。

　　3.28

　　晃动 walk

　　放大器中脉冲高度的变化引起过零时间的改变 。

　　3.29

　　半高宽 fullwidth athalfmaximum;FWHM

　　在单峰构成的分布曲线上 ,峰值一半处曲线上两点的横坐标间的距离 。

　　[来源 :GB/T 4960. 6—2008,3. 2. 27]

　　4 符号

　　下列符号适用于本文件 。

　　t0. 01 :相继岀现且仍能被分辨的两个脉冲之间应经历的最小时间间隔 。

　　t1/2:单极性脉冲波形中幅度为峰值幅度一半处两点间的时间间隔 ,单位为微秒(μs) 。

　　tp1 :从第一个半周峰高的 1%处到它的峰中心处所测得的双极性脉冲的达峰时间 ,单位为微秒(μs) 。

　　tp2 :从第一个半周峰高的 1%处到第二个峰中心处所测得的双极性脉冲的达峰时间 ,单位为微秒(μs) 。

　　tx0:双极性脉冲的穿过时间 ,单位为微秒(μs) 。

　　5 测试条件

　　5. 1 测试环境条件

　　本文件涉及的 设 备 在 改 变 影 响 量 条 件 下 进 行 校 准 和 试 验 的 参 考 条 件 和 标 准 试 验 条 件 , 应 符 合GB/T 8993的要求 。

　　5.2 测试原理图

　　放大器一般参数的测试原理图见图 1。脉冲产生器和放大器的终接电阻 R0通常都采用 50 Ω, 电缆的选择应与 R0 的阻抗相匹配 。

　　4

　　GB/T 4079—2025

　　注 : 图中虚线表示电缆连接的改变 。此装置用来测量所有的参数 ,包括晃动和电荷灵敏前置放大器的非线性测量 。

　　测量主放大器时 ,不使用前置放大器和电容器盒子 。

　　图 1 测试原理图

　　5.3 测试设备要求

　　5.3. 1 脉冲产生器

　　5.3. 1. 1 脉冲产生器基本要求

　　脉冲产生器最大输出幅度 Up大于或等于 10V,且输岀脉冲的幅度能以最小间隔 10 mV来调节 。

　　除另有说明外 ,均采用 Up等于 10V。不同的 Up或调节方法只能影响测量中的某些细节 ,不会影响整个测量方法 。

　　脉冲产生器至少有两个输岀 ,一个是直接输出 ,一个是衰减输出 ,每个输岀均有各自的后部终接电阻 ,并且有相同的内阻 r0 (r0 为 0. 5 Ω 或更小) , 同时还应有一个触发示波器扫描用的输岀 。

　　脉冲产生器的工作频率可以是电源频率或其他频率 ,用其他频率工作时可以检验系统中的交流声干扰 。

　　5.3. 1.2 检验前置放大器的脉冲产生器

　　一般使用脉冲上升时间 tr小于或等于 1 ns 的平顶脉冲的脉冲产生器 。也可用 tr小于或等于 5 ns的水银继电器尾脉冲产生器做除检验电荷灵敏前置放大器的指数衰减的性能外的所有检验 。

　　一般情况下 ,脉冲产生器的 tr应与探测器的 tr相一致 。 当检验同半导体探测器和充气探测器连接的前置放大器时 , 由于探测器的收集时间在变化 ,脉冲产生器的 tr应不大于探测器或前置放大器系统最短 tr的 1/3。 当检验同闪烁探测器连接的前置放大器时 ,脉冲产生器的 tr应小于前置放大器的 tr,如果闪烁探测器的 tr 比前置放大器的 tr大 ,则应再调整脉冲产生器 , 以便与闪烁探测器的 tr相匹配 。

　　脉冲产生器的下降时间要快于前置放大器的下降时间 。

　　5.3. 1.3 检验主放大器的脉冲产生器

　　检验过载或极零相消工作时 ,应使用尾脉冲 ;检验其他项目时 ,用矩形脉冲产生器 ,也可用尾脉冲产生器 。尾脉冲可以由一个平顶脉冲来获得 ,只要在脉冲产生器和衰减器之间加入一个电容即可 。

　　5.3.2 衰减器

　　衰减器可以是脉冲产生器的一部分 ,也可以在外部 。连接在脉冲产生器输出后端 ,衰减器各档宜与

　　5

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　　主放大器的增益粗调相匹配 。衰减器的精度和稳定性取决于所接电阻的稳定性和精度 ,各档开关接通后引起的误差应不超过该档输出信号的 1% 。

　　5.3.3 电容器盒子

　　图 1 给岀了电容器盒子的线路图 。 电容器盒子包含检验电容 Cc和一组用开关转换的并联电容 Ct。检验电容 Cc是误差小于或等于 1%的已知电容 。并联电容 Ct应能完全覆盖前置放大器所要求的输入电容范围 。Cc应屏蔽或与并联电容开关隔离 ,使得改变开关的位置时不影响检验电容 Cc值 。

　　并联电容应使用温度系数小 ,低损耗绝缘物质构成的电容 ,例如石英 、聚苯乙烯或聚碳酸酯 、低损耗陶瓷等 。开关和连接器的绝缘体也应是低损耗材料 。

　　5.3.4 检验前置放大器的主放大器

　　主放大器增益通常在 2倍 ~ 3 000倍之间 ,最大线性输岀幅度 Um 为 10V,若 Um 不为 10 V,测试程序应稍做修改 。

　　主放大器包含一个成形网络 , 目的是提高信号噪声比和减小脉冲宽度 。采用单极脉冲成形时间标志 t1/2可便于对不同成形网络的放大器进行能量分辨力的比较 。

　　测量前置放大器的噪声时 ,所用的主放大器应包含准高斯滤波网络 。应注明所用 t1/2 , 同时还应消除 BLR对噪声测量的影响 。

　　5.3.5 AC 电压表

　　此电压表应具有有效值响应或全波真均方根响应 ,波峰系数不小于 4,测量精度应优于 1% 。在具有 CR-(RC) 4成形的放大器中 , 串联噪声按公式(1)计算 ,并联噪声按公式(2)计算 。

　　b × t1/2 ≥ 3. 8/δ ( 1 )

　　b × t1/2 ≥ 1. 6/δ ( 2 )

　　式中 :

　　b —AC 电压表的 3 dB带宽 ,单位为赫兹(Hz) ;

　　t1/2 — 成形时间标志 ,单位为秒(s) ;

　　δ — 电压表允许误差 , % 。

　　5.3.6 示波器

　　示波器应具有直流耦合输入 ,而且它的上升时间应小于被测量最短 tr 的 1/3。 为测量晃动 ,其扫描速度应同被测量的晃动相匹配 。

　　5.3.7 非线性桥

　　非线性桥由二个串联电阻组成 ,通常每个电阻为 1 kΩ,它们之中的一个连至被检验的放大器 ,而另一个接至脉冲产生器 ,见图 1 中非线性桥的方框部分 。如果这两个信号极性相反 , 幅度相等 ,则在峰处为零(见图 2) 。在检验主放大器时 ,如果此放大器是理想的线性 ,则改变脉冲产生器输岀 ,零状态不改变 。如果放大器具有非线性 ,零状态就会改変 。

　　6

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　　图 2 桥平衡波形图

　　为使信号在相加点相减 ,其中一路的信号应倒相 。如果放大器或前置放大器不具备倒相 ,就应在一路中加入倒相器 。

　　示波器要注意防过载 。

　　6 主放大器的主要参数的测试方法

　　6. 1 主放大器的主要参数

　　主放大器的主要参数有脉冲成形参数 、增益 、极零相消范围 、噪声 、积分非线性 、增益的稳定性 、过载恢复时间 、过零时间晃动 、计数率效应等 。通常 ,测量主放大器时不使用前置放大器 ,信号源用尾脉冲产生器或矩形脉冲产生器 ;如果使用前置放大器 ,宜使用矩形脉冲产生器 。

　　6.2 脉冲成形参数

　　6.2. 1 主放大器成型参数

　　图 3是单极 性 和 双 极 性 准 高 斯 脉 冲 的 波 形 图 。 主 放 大 器 成 形 参 数 有 t1/2 、tp1 、tp2 、tx0 、t0. 01 , 如图 3所示 。

　　a) 单极性脉冲波形图 b) 双极性脉冲波形图

　　图 3 单极性和双极性脉冲

　　7

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　　6.2.2 单极性脉冲成形时间的表示法

　　准高斯单极性脉冲的成 形 时 间 用 t1/2表 示 。若 用 其 他 脉 冲 成 形 参 数 或 以 准 三 角 形 单 极 性 脉 冲 的t1/2表示 ,应在测量结果中加以说明 。

　　6.2.3 双极性脉冲成形时间的表示法

　　增加一个微分器 ,其时间常数与第一个微分器相同 。这样就可使单极性脉冲变为双极性脉冲 。 它的第一个半周略宽于原单极性脉冲的 t1/2 。该脉冲宽度应加以说明 。

　　6.3 脉冲成形主要参数的测量

　　测量步骤如下 :

　　a) 断开 BLR,首先测量单极性脉冲 ;

　　b) 调节极零相消电位器 ,使输出脉冲完全消除下冲 ;

　　c) 调节脉冲幅度 ,测出 t1/2 、tp、t0. 01 ;

　　d) 用同样方法可测岀双极性脉冲的 t1/2 、tp1 、tp2 、tx0 、t0. 01 。

　　6.4 增益测量

　　6.4. 1 测量要求

　　规定在微分和积分时间常数相等时测量主放大器增益 ,各时间常数档的增益均应满足要求 ,且单极和双极输出时的增益应相等 ,否则应加以说明 。

　　6.4.2 粗增益测量方法

　　具体操作如下 :

　　a) 主放大器的粗增益置于最大 ;

　　b) 用已知幅度的脉冲输入到主放大器 ,并保证主放大器输岀不饱和 ;

　　c) 用示波器测量其输岀脉冲幅度 ;

　　d) 计算主放大器增益 ;

　　e) 对每一个粗增益档重复上述步骤 。

　　6.4.3 细增益测量方法如下

　　具体操作如下 。

　　a) 粗增益放在任意档 。

　　b) 将细增益置于最小 ,用示波器测出主放大器输出幅度 。

　　c) 将细增 益 置 于 最 大 , 用 示 波 器 测 出 主 放 大 器 输 出 幅 度 (这 时 放 大 器 不 能 饱 和 , 且 其 他 条 件不变) 。

　　d) 若细增益的覆盖范围是 3 ∶ 1,则细增益为最大时的输岀幅度是细增益为最小时的 3倍 。 给岀测量结果时 ,应说明细增益的精度 。

　　6.5 极零相消范围的测量

　　可调极零相消网络的最大极零相消范围为无限大 , 因此需要测定的是其下限 。方法如下 :

　　a) 调节主放大器极零相消到指定位置 ;

　　b) 将主放大器成形时间从小到大调节 ;

　　8

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　　c) 用衰减时间常数可调的脉冲产生器输入至主放大器 ,用示波器观察其输出脉冲 ;

　　d) 改变脉冲产生器的衰减时间 ,找到此时间常数下 ,极零网络最佳补偿的衰减时间最大值 ;

　　e) 改变主放大器成形时间 ,重复 6. 5d) ;

　　f) 比较不同成形时间下所找到的最佳补偿的最大脉冲衰减时间 ,取其中的最大者为主放大器的极零相消下限 。

　　6.6 噪声测量

　　6.6. 1 不同增益下的噪声

　　测量噪声时 ,时间常数宜选用 2 μs,连接主放大器输出至 AC 电压表 ,将主放大器增益置于最大 ,其输入端通过与前置放大器输出阻抗相等的屏蔽终端阻抗接地(所用前置放大器的输岀阻抗不明时 ,主放大器应在输入端用 50 Ω屏蔽终端电阻接地) ,测岀主放大器的增益 A。用 AC 电压表测量主放大器的输岀端噪声 eno 。折算到输入端的等效噪声按公式(3)计算 。

　　eni …………………………( 3 )

　　式中 :

　　eni— 折算到主放大器输入端的等效噪声 ,单位为伏特(V) ;

　　eno— 主放大器的输出端噪声 ,单位为伏特(V) ;

　　A — 主放大器增益 。

　　在不同增益档 ,参考上述方法 ,可测到各增益档下的 eni值 。应说明测量噪声时的 t1/2及增益范围 。

　　6.6.2 噪声转换增益

　　利用 6. 6. 1所得 eno相对于增益 A 的曲线 ,如图 4所示 。 曲线的拐点 AT 定义为噪声转换增益 ,并应在测量结果中加以说明 。

　　图 4 eno相对于增益 A 的曲线

　　6.7 积分非线性测量

　　测量主放大器积分非线性用电桥法 ,操作步骤如下 。

　　a) 断开 BLR,设置脉冲产生器直接输岀幅度为 Um ,极性与主放大器输出脉冲极性相反 。若主放大器不具备倒相 ,在其一路插入倒相放大器 。

　　b) 设置主放大器的增益为脉冲产生器信号对应衰减倍数 。

　　9

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　　c) 调节极零相消 ,使输出脉冲达到最佳补偿 。

　　d) 设置放大器输岀直流电平为零 。

　　e) 调节脉冲产生器的衰减倍数和增益细调 ,使电桥输出为零 。

　　f) 逐渐降低脉冲产生器的输出幅度 ,直到零 ,从示波器看差值信号 , 找出示波器显示值与脉冲产生器输出值的最大偏差 , 即 1/2ΔU0 。

　　g) 积分非线性 L1 按公式(4)计算 。

　　L …………………………( 4 )

　　式中 :

　　ΔU0— 脉冲产生器输出和示波器显示的最大偏离 ,单位为伏特(V) ;

　　Um — 放大器最大线性输岀脉冲幅度 ,单位为伏特(V) 。

　　积分非线性的特性曲线见图 5(Vin为示波器输入信号) 。

　　图 5 积分非线性的动态特性

　　6. 8 温度效应测量

　　测量装置见图 1,但被测主放大器应置于温度可调的恒温箱内 。测量时将脉冲产生器直接输出脉冲幅度调到 Um ,在温度 T1 时(注意应保持一定的时间 ,使温度平衡) 调节脉冲产生器衰减器使电桥平衡 。 即测量点电桥输出 ΔUbr(T1 )为零 。其他条件保持不变 ,温度升到 T2 待温度平衡后测量电桥输出ΔUbr(T2 ) 。

　　温度稳定性 ST 按公式(5)计算 。

　　ST

　　式中 :

　　ST — 温度稳定性 ,单位为百分比每摄氏度( %/℃) ;

　　ΔUbr(T2 ) — 温度保持在 T2 时电桥的输出 ,单位为伏特(V) ;

　　T2 -T1 — 两次测量的温差 ,单位为摄氏度( ℃) 。

　　本测量可在规定温度范围内用三点法分二段测量 。 即从中点温度到温度上限为一段 ,从中点温度到温度下限为另一段 ,各段的平均温度稳定性均应满足要求 。这里中点温度为 20 ℃ ±5 ℃范围内的某个温度 。

　　有条件时 ,本测量应在规定的温度范围内 ,两次测量的温差不超过 10 ℃下进行 。所给出的指标应

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　　GB/T 4079—2025

　　对规定温度范围内所有 10 ℃增量有效 。

　　温度范围及测量时所用的增益和 t1/2 由产品标准规定 。

　　6.9 增益稳定性

　　测量装置如图 1, 主 放 大 器 试 验 环 境 温 度 应 保 持 在 室 温 变 化 ± 2 ℃ 以 内 , 其 供 电 电 压 在 标 称 电压 ±2% 以内 。重复 6. 7 步骤 。宜每隔一小时测量一次 ΔUbr,应找出在 8 h 或规定的其他时间内的电桥最大输出值 ΔUbr.max,则长时间的增益稳定度 ST 按公式(6)计算 。

　　ST

　　式中 :

　　.. min(max) ———————..m(m)xb(b).m(m)ix,,())伏;;特(V) ;

　　ΔUbr.max — 电桥最大输出电压 ,单位为伏特(V) ;

　　ΔUbr.min — 电桥最小输出电压 ,单位为伏特(V) 。

　　6. 10 过载恢复时间的测量

　　6. 10. 1 测量原理

　　对主放大器而言 ,最小增益是 2,一个幅度为 Um /2的脉冲产生器信号加至主放大器的输入端 ,如果将增益置于最小 ,则输出信号为 Um ;如果将增益置于最大 ,放大器将过载 ,过载倍数为过载时的增益除以非过载时的增益 。

　　当主放大器输出波形回到基线附近(例如最大输岀电压 Um ±0. 01Um ) 的一个带内 ,小信号增益也恢复到正常时 ,主放大器就被认为从过载恢复了 ,过载脉冲通过 Um 的 1%两点间归一化为不过载时 t0. 01的倍数就是过载恢复时间 。

　　主放大器的过载与增益和 t1/2有关 , 因此详细说明过载恢复时间时 ,应阐明增益位置和脉冲成形参数 ,否则就认为适用于主放大器中所有增益和滤波网络的组合 。如果主放大器具有极零相消补偿网络和 BLR,则在进行过载测试前应把网络准确调好 ,并应在给出测量结果时加以说明 。

　　用尾脉冲产生器做主放大器的信号源时 ,过载恢复时间规定是对 50 μs或更大的衰减时间常数而言 ,此时间常数也应在给出测量结果时加以说明 。

　　6. 10.2 单极性脉冲的过载恢复时间

　　测量单极性脉冲的过载恢复时间方法如下 :

　　a) 如果改变主放大器增益影响其输入阻抗 ,就应在脉冲产生器的终端接一个与特性阻抗相等的电阻到地 ;

　　b) 将示波器放在最灵敏的位置观察 ,调节脉冲产生器输出 ,使放大器输出脉冲为 Um ,再调节极零相消补偿电位器 ,使放大器输出脉冲无下冲 ;

　　c) 调节脉冲产生器输出 ,使放大器输出脉冲近似为 10 V,测出放大器非过载情况下的输出脉冲宽度 ;

　　d) 调节增益控制使之达到所希望的过载倍数 , 调节极零相消以得到最佳的基线恢复 ,测出过载情况下的输出脉冲宽度 。

　　6. 10.3 双极性脉冲的过载恢复时间

　　其测量方法与单极性脉冲相同 。但测量脉冲宽度为双极性脉冲的 t0. 01 。极零相消调节应在单极性

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　　脉冲时调整好 。

　　6. 11 过零时间晃动测量

　　6. 11. 1 测量方法概述

　　主放大器输岀的双极性脉冲穿过基线的时间称为过零时间 ,它可提供定时信息 。 主放大器某些参量变动会引起过零时间改变称为 “过零时间晃动 ”, 图 6 所示系统可用来测量主放大器双极输出幅度改变或增益不同时的过零时间晃动 。

　　图 6 测量过零时间晃动的装置图

　　6. 11.2 改变输出幅度引起的过零时间晃动

　　测量方法如下 :

　　a) 保持放大倍数不变 ,调节脉冲产生器衰减使主放大器输出幅度为 Um ;

　　b) 用示波器的延迟触发 ,测岀双极信号的过零点 ;

　　c) 保持其他条件不变 ,调节脉冲产生器衰减输出 ,使主放大器输岀在动态范围内变化 ;

　　d) 以脉冲幅度 Um 测得的过零时间为时间基点,测出过零时间晃动 。

　　说明改变输岀幅度引起的过零时间晃动时 ,应给出动态范围 。

　　6. 11.3 改变增益引起的过零时间晃动

　　测试装置同图 6。本测试中被测试主放大器的增益是可变的 , 而输岀幅度则通过调节脉冲产生器衰减输出保持在 Um 。

　　增益改变引起的过零时间晃动指的是覆盖整个粗细增益调节范围的过零时间晃动 。

　　6. 12 计数率效应测量

　　6. 12. 1 影响因素

　　谱仪的计数率受前置放大器或主放大器的限制 , 当仅测主放大器时 ,其计数率效应依赖于成形网络和 BLR 的设计 。 当仅测前置放大器时 ,计数率的限制依赖于能量和计数率的积 。其他部分应具有良好的计数率特性 ,且系统参数应选得接近于放大器的使用条件 。

　　6. 12.2 测量装置

　　测量装置方块图示于图 7。脉冲幅度分布的峰位及分辨率同脉冲的计数率有关 。 主放大器同多道分析器的输入级之间应直流耦合 ,多道分析器应工作于符合方式 。脉冲产生器直接输出通过逻辑脉冲成形和延迟供给分析器合适的开门信号 ,使多道分析器只积累脉冲产生器的信号谱 。

　　等效的输入计数率用快放大器 ,甄别器和计数率表测量 。根据最佳分辨时间选择快放大器成形时间常数 ,甄别器的阈则被调到 “刚超过 ”噪声(放射源和脉冲产生器不在时 ,甄别器则不被噪声触发) 。

　　6. 12.3 作为计数率函数的峰偏移和谱分辨的测量方法

　　图 7测试装置中通过改变放射源同探测器的距离来调节计数率 。计数率低到一定程度时 ,计数率

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　　的改变对分辨率和峰位没有明显的影响 ,这时的计数率称为低计数率 、分辨率称为低计数分辨 。 主放大器增益和脉冲产生器的设定应使低计数率下的辐射峰在主放大器最大线性输出的 70%和脉冲产生器峰位在 90% 。保持脉冲产生器输出幅度和频率不变 ,改变放射源同探测器的距离来调节计数率 ,测量不同计数率下脉冲产生器峰的峰位及幅度分布的 FWHM值 。相对于低计数率时的峰位和 FWHM 值即可算出在规定最高计数率下的峰偏移和谱分辨的变量 。

　　图 7 测量计数率效应引起的谱畸变装置图

　　测量计数率效应时 ,系统的极零网络应正确调节 。此外 , 以下参量应加以说明 :

　　a) 主放大器成形和基线恢复器设定 ;

　　b) 低计数率峰位和 FWHM值 ;

　　c) 用作随机信号源的放射源的名称和能量 ;

　　d) 脉冲产生器的输岀脉冲幅度对应的能量 。

　　7 前置放大器主要参数的测试方法

　　7. 1 前置放大器主要参数

　　前置放大器的主要参数有电荷灵敏度 、电荷灵敏度与外接电容 Ct的关系 、内部检验电容的大小 、脉冲上升时间与 tr、tr与 Ct的关系 、噪声性能 、微分非线性 LD 及积分非线性 L1 。用图 1 的装置可测量除非线性以外的所有参数 。

　　前置放大器的极零相消调节用矩形脉冲产生器 ,其余项目可用尾脉冲产生器 。

　　7.2 电荷灵敏度的测量

　　前置放大器的电荷灵敏度应在主放大器的输出端来测量 。具体方法如下 。

　　a) 如果主放大器有极零相消补偿 ,在测量之前先将它调整好 。

　　b) 将主放大器增益 A 置于合适值 , 以保证前置放大器工作在动态范围之内 ,应采用 6. 4 的方法确定其值 。在测 A 时 ,应保证衰减器的输岀阻抗和终接情况与正常工作的前置放大器存在时相同 。

　　c) 连接脉冲产生器与电容器盒子 ,调好主放大器的极零相消 。然后调节脉冲产生器 ,使主放大器输岀的脉冲幅度达到约定值(例如 5 V) 。

　　d) 用示波器测定 Uin。

　　e) 电荷灵敏度 Sc按公式(7)计算 。

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　　Sc …………………………( 7 )

　　式中 :

　　Sc — 电荷灵敏度 ,单位为伏特每库伦(V/C) ;

　　U0 — 放大器输出脉冲幅度 ,单位为伏特(V) ;

　　Uin — 脉冲产生器衰减输出的脉冲幅度 ,单位为伏特(V) ;

　　Cc — 已知的检验电容 ,单位为法拉(F) 。

　　应注明该电荷灵敏度是在什么特定的探测器电容(可以是模拟电容)和 t1/2下获得的 。t1/2应选用前置放大器通常选用的数值 。

　　7.3 电荷灵敏度与电容关系的测量

　　7.3. 1 电荷灵敏度与电容关系

　　当外接电容 Ct变化时 , 电荷灵敏度也要改变 ,应测出整个前置放大器所涉及的电容范围内的电荷灵敏度 。

　　7.3.2 非线性桥法

　　在用非线性桥法时有两种方法 :

　　a) 在 Ct的低端或高端处 ,使桥平衡 ,然后记录下当 Ct发生变化时 ,桥输岀电压的变化量 ,重复 7. 2得到电荷灵敏度 ;

　　b) 在 Ct的低端或高端处 ,使桥平衡 , 当 Ct变化时调节脉冲产生器输岀电压使桥仍保持平衡 ,记录下在 Ct每一档处脉冲产生器电压的变化量 ,重复 7. 2得到电荷灵敏度 。

　　7.3.3 多道分析法

　　测量装置见图 8。

　　图 8 多道分析器法测量电荷灵敏度与电容关系的装置方框图

　　测量时 ,先将 Ct置于最小值 ,调节脉冲产生器或调节主放大器增益使主放大器的输出脉冲置于多道分析器满量程附近 ,记下峰位 ,然后逐档改变 Ct,并记下多道分析器上峰位的变化 ,重复 7. 2得到电荷灵敏度 。

　　7.3.4 电荷灵敏度与电容关系的详细说明

　　宜由所得数据作一个电荷灵敏度与电容 Ct关系的图表(对零电容进行归一化) 。并详细说明在前置放大器所允许的最大电容处发生的电荷灵敏度的变化值 ,若此值大于 1% ,应再给出一中等电容值下的变化值 ,并注明测量时所用 t1/2和每一个数据点上的上升时间是否调至最佳 。

　　7.4 tr与 Ct关系的测量

　　在 7. 3 的测量中 , 同时可得到 tr与 Ct的关系 。一般用两组数据给出 tr与 Ct 的关系图表 ,一组是 Ct等于零(或在前置放大器设计的最小电容)处 tr调至最佳值 ,改变 Ct得到 tr与 Ct 的关系 ;另一组是对不

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　　同的 Ct均把 tr调至最佳值而得到 tr与 Ct的关系 。

　　7.5 前置放大器噪声的测量

　　7.5. 1 要求与说明

　　7.5. 1. 1 在测量 之 前 , 要 选 用 包 含 有 准 高 斯 成 形 网 络 的 放 大 器 , 且 要 消 除 基 线 恢 复 器 造 成 的 噪 声 抑制 ,选定 t1/2 ,并调整好极零相消网络 。

　　7.5. 1.2 对于同非倍增探测器(如屏栅电离室 、锗探测器和硅探测器)一起使用的前置放大器 ,应注明对何种探测器而言 。

　　7.5. 1.3 对于倍增探测器(如闪烁探测器和正比计数管)其噪声是以等效输入噪声电荷为单位的均方根(rms)值表示 。在有些情况下 ,也有用等效离子对数为单位的 rms值表示 。

　　7.5. 1.4 要给出探测器零(或最小)电容下的噪声和噪声斜率值 。

　　7.5.2 AC 电压表法

　　7.5.2. 1 测试原理图见图 1。

　　7.5.2.2 置 Ct于预测范围的一端 ,调节脉冲产生器的输出幅度 ,使 Uin为毫伏特量级并测定它 。Cc为已知 ,则 Uin ×Cc为输入的已知电荷量 ,单位为库伦(C) 。

　　7.5.2.3 调节主放大器增益 ,使它的输出脉冲 U0 为伏特量级并测定它 ,单位为伏特(V) 。

　　7.5.2.4 关闭脉冲产生器 。若拆掉脉冲产生器 ,终接电阻应在电容器盒子的输入端处 , 以防外部干扰 。

　　7.5.2.5 用全波真均方根电压表记录下 eno,单位为伏特(V) 。

　　7.5.2.6 将上面有关量的数值代入公式(8) , 即可得到前置放大器在 Ct一端处的噪声谱线宽度 D :

　　D eno … … … … … … … … … …

　　式中 :

　　2. 355—rms值转换为 FWHM值的转换因子 ;

　　q — 1. 602× 10- 19 ,单位为库伦(C) ;

　　ε — 形成一个离子对所需要的平均能量 ,单位为电子伏特(eV) ;

　　U0 — 放大器输出脉冲幅度 ,单位为伏特(V) 。

　　7.5.2.7 改变 Ct重复 7. 5. 2. 1~ 7. 5. 2. 6试验 ,可得到前置放大器噪声与 Ct的关系 。

　　7.5.2. 8 注意事项如下 。

　　a) 当改变 Ct做 噪 声 测 量 时 , 脉 冲 产 生 器 的 位 置 、主 放 大 器 输 出 脉 冲 的 t1/2及 其 幅 度 应 基 本 一致 ,可用改变主放大器的增益使输岀脉冲的幅度不变 。

　　b) 将 7. 5. 2 中测得的有关量数值代入公式(9)或公式(10) , 即可得到用等效输入噪声电荷或等效离子对数表示的前置放大器的噪声 。

　　qni eno …………………………( 9 )

　　Nni eno …………………………( 10 )

　　式中 :

　　qni — 等效输入噪声电荷 ,单位为库伦(C) ;

　　Nni — 等效离子对数 ;

　　Uin — 脉冲产生器衰减输出的脉冲幅度 ,单位为伏特(V) ;

　　Cc — 连接脉冲发生器至前置放大器的检验电容 ,单位为法(F) ;

　　U0 — 放大器输出脉冲幅度 ,单位为伏特(V) ;

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　　q — 电子电量 ,q= 1. 602× 10- 19 C。

　　c) 与硅探测器连用的和与锗探测器连用的前置放大器噪声的测量 ,方法和步骤完全相同 , 只是代入公式(8)中的 ε值不同而已 。

　　7.5.3 多道分析器法

　　7.5.3. 1 用多道分析器法测量前置放大器的噪声有两种方法 。两种方法的测量装置见图 9。

　　图 9 多道分析器法测量前置放大器噪声的装置图

　　7.5.3.2 方法一的测量步骤如下 。

　　a) 在前置放大器的输入端处装上适当的探测器 ,并加上偏压 ,用一个合适的多能放射源辐照探测器 ,使其在分析器上显示两个已知能量的谱峰 ,用两峰能量除以两个峰中心之间的道数 , 即可得到分析器此时的每道能量数 。分析器标定好后 ,系统增益要保持不变 。

　　b) 去掉放射源和探测器 ,在前置放大器输入端接上电容器盒子 。

　　c) 开启脉冲产生器 ,将电荷注入前置放大器 。

　　d) 在分析器上累积得到此 Ct值下的脉冲产生器的峰 ,测得此峰的 FWHM 道数 ,用它乘以标定好的每道能量 , 即可得到以能量为单位的某 Ct值下的前置放大器噪声 。

　　e) 改变 Ct值 ,重复 d)步骤 , 即可得到前置放大器噪声与 Ct的关系 。

　　f) 由上面结果可给出 Ct等于零或最小时的前置放大器噪声及噪声的斜率值 。并注明测量时主放大器输出脉冲的 t1/2值 。

　　7.5.3.3 方法二的测量步骤如下 。

　　a) 在前置放大器的输入端处装上适当的探测器 ,并加上偏压 ,用一合适的单能放射源 ,在分析器上累积此单能源的峰 ,并记下此峰的中心道位 。

　　b) 脉冲产生器的脉冲高度应与放射源单能峰保持一致 。

　　c) 去掉放射源和探测器 ,在前置放大器输入端接上电容器盒子并置 Ct于预测范围的一端 。

　　d) 用校准过的脉冲产生器 ,在分析器上可先后得到两个脉冲产生器的峰 , 用它们可对分析器进行校准 , 得 到 分 析 器 的 每 道 能 量 数 。 用 每 道 能 量 数 乘 以 用 道 数 表 示 的 脉 冲 产 生 器 峰 的FWHM值 ΔN , 即可得到用能量表示的某 Ct下的前置放大器噪声谱线宽度 D。按公式(11)计算 :

　　D N …………………………( 11 )

　　式中 :

　　E1 — 脉冲产生器高度盘上读岀的第一个能量值 ,单位为电子伏特(eV) ;

　　E2 — 脉冲产生器高度盘上读岀的第二个能量值 ,单位为电子伏特(eV) ;

　　N1 — 在多道分析器上相应于 E1 的峰中心道位 ;

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　　N2 — 在多道分析器上相应于 E2 的峰中心道位 ;

　　ΔN — 以道数表示的脉冲产生器峰的 FWHM值 。

　　e) 改变 Ct值 ,重复 7. 5. 3. 3d) , 即可得到前置放大器噪声与 Ct的关系 ;

　　f) 若用等效输入噪声电荷表示前置放大器噪声 ,按公式(12)计算 。

　　qin Ct × ΔN …………………………( 12 )

　　式中 :

　　Up1 — 脉冲产生器先输岀的脉冲幅度 ,单位为伏特(V) ;

　　Up2 — 脉冲产生器后输出的脉冲幅度 ,单位为伏特(V) ;

　　N1 — 在多道分析器上相应于 Up1 的峰中心道位 ;

　　N2 — 在多道分析器上相应于 Up2 的峰中心道位 ;

　　ΔN — 以道数表示的脉冲产生器峰的 FWHM值 。

　　7.5.3.4 测量中应确保积累的各个峰是在系统的线性工作范围之内 。

　　7.5.4 对测量结果的修正

　　测量前置放大器噪声时 ,应把主放大器的影响扣除掉 ,方法如下 :

　　在确定了 eno后 ,拆掉前置放大器 ,用一个等于前置放大器输出阻抗来终接主放大器输入端 ,测得的噪声 eo 。单独由前置放大器产生的有关噪声由[(eno) 2 -( en'o) 2 ] 1/2决定 。

　　7.6 前置放大器积分非线性的测量

　　测量前置放大器的积分非线性仍用电桥法 ,方框图见图 10。

　　图 10 测量积分非线性方框图

　　测试方法基本同主放大器 ,不同之处为 :

　　a) 调节脉冲产生器衰减输出的幅度和衰减器(连续可调的衰减倍数使前置放大器的输出幅度为它的最大线性输出幅度) ;

　　b) 调节主放大器增益使电桥输出为零 。

　　测量积分非线性时应注明前置放大器输岀电压的范围 ,主放大器的 t1/2 。

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　　参 考 文 献

　　[1] GB/T 4960. 6—2008 核科学技术术语 第 6部分 :核仪器仪表

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