Зарядочувствительный предусилитель Советский патент 1991 года по МПК H03F1/34 

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

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 Сое. Последняя представляет собой емкость конденсатора обратной связи 9. Полагая, что полный заряд Q, собираемый детектором, делится на заряды QBX и QO с которые поступают соответственно в емкости Свх и С0 с получают

Q QBx + Qoc,

QBX - Свх Vexi

Os

:сл

о о

Ј

Qo.c - Coc(VBx-VBbix);

VBMX KVex.

где К - коэффициент усиления операционного усилителя 1 без обратной связи;

VBX - напряжение на входе устройства.

Решая эти уравнения относительно /Вых. получают

УвыХ «7,

т.е. амплитуда сигнала на выходе устройства определяется величиной заряда Q, 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 гс равна произведению величин сопротивления и емкости резистора 8 и конденсатора 9 обратной связи.

Если используются сцинтилляционные детекторы, то гс 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

преобразования (КПр ), а сопротивлео.с

ние обратной связи R0,c как можно большим с целью уменьшения тепловых шумов. Для измерений средней точности с использованием сцинтилляционных детекторов оптимальными величинами являются Со.с. 1 пФ, Ro.c 10е Ом.

Для сцинтилляциейного детектора Хн 0,3 мкс, а время спада выходного импульса ten (4-5) тс.

Если амплитуда импульсов выходного напряжения не превышает напряжения источника опорного напряжения 10, то второй транзистор 3 и четвертый диод 1 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 Сое, не изменяют ее величины и тем самым не влияют на линейность коэффициента преобразования устройства. Током утечки закрытого второго транзистора при

реальных значениях Со.с и Р0.с также можно пренебречь.

При поступлении на вход перегружающих импульсов заряда Опер, которые соот- ветствуют высокоэнергетическим изотопам или линиям выходящих за пределы измеряемого диапазона событий, ма выходе устанавливается ограниченная амплитуда импульса VBbix.orp, равная

Увых.орг Vnopor + Убэ + 1Л (Vnopor + 1,4)Ь,

где Vnopor - напряжение источника опорного напряжения 10;

/бэ - базоэмиттерное (прямое) напряжение второго транзистора 3;

Уд - 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 окончания действия входного перегружающего заряда второй транзистор 3 и четвертый диод 7 закрываются. Время запирания второго транзистора 3 определяется его базоэмиттерной емкостью и величиной четвертого резистора 14 и составляет 15-30 не. После закрывания второго транзистора 3 и четвертого диода 7 и истечении времени

спада ten устройство готово к приему следующих входных зарядов.

Таким образом, второй транзистор 3, третий 6 и четвертый 7 диоды способствуют увеличению быстродействия, при этом неуху/ шая точностные характеристики устройства. С помощью второго 12 и третьего 13 резисторов устраняется уменьшение диапазона выходного сигнала за счет падения напряжения база-эмиттер первого транзистора

2, обеспечивается оптимальный режим и устойчивая работаоперационного усилителя 1. Смещение максимального выходного потенциала в сторону отрицательных значения , беспе- чивает устойчивость устройства при любых

режимах работы. Величина второго резистора 12 составляет 3-4 кОм, а третьего резистора 13 составляет 8-10 кОм.

В качестве операционного усилителя 1 можно использовать интегральные схемы

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

Устранение влияния перегружающих импульсов на работу устройства повышает

5 быстродействие в 3-6 раз и позволяет регистрировать входные импульсы с загрузкой 10 имп/с. Кроме того, расширен на 10-20% диапазон выходных импульсов.

Формула изобретения Зарядочувствительный предусилитель, содержащий операционный усилитель, неинвертирующий вход которого соединен с общей шиной и через параллельно-встречно 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 инвертирующий вход операционного усилителя является входом устройства и соединен через параллельно включенные резистор и конденсатор обратной связи с эмиттером первого транзистора, коллектор которого подключен к второй шине двухполярного питания, эмиттер первого транзистора является выходом устройства, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия пу0

5

0

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.

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 базоэмит- терной 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

//,

/4