本标准规定了电离辐射探测器用的主放大器和电荷灵敏前置放大器的测定方法。本标准适用于半导体探测器、气体脉冲电离室、正比探测器用的主放大器和电荷灵敏前置放大器，也适用于闪烁探测器用的主放大器。 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 GB/T4079-1994 标准下载解压密码：www.bzxz.net

UDC539.1.074：621.039.5
中华人民共和国国家标准
GB/T4079—94
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Test procedures for amplifiers and charge-sensitivepreamplifiers used with detectors of ionizing radiation1994-12-22发布
国家技术监督局
1995-10-01实施
主题内容与适用范围
引用标准
术语、符号、代号
测试仪器
...........
主放大器的主要参数的测量方法5
前置放大器主要参数的测试方法目
...........
（6）
（13）
法》。
中华人民共和国国家标准
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Test procedures for amplifiers and charge-sensitivepreamplifiers used with detectors of ionizing radiationGB/T4079—94
代替GB4079—83
本标准参照采用了IEC1151《核仪器-一用于电离辐射探测器的放大器和前置放大器的测试方1主题内容与适用范围
本标准规定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。本标准适用于半导体探测器、气体脉冲电离室、正比探测器用的主放大器和电荷灵敏前置放大器，也适用于闪烁探测器用的主放大器。2引用标准
GB5962标准核仪器插件
3术语、符号、代号
3.1术语
3.1.1前置放大器preamplifier
位于辐射探测器和主放大器或其它电部件之间并紧接在探测器输出端的电子放大器。3.1.2电荷灵敏前置放大器charge-sensitivepreamplier输出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。3.1.3主放大器（成形放大器）mainamplifier（shapingamplifier）在放大器系统中，跟在前置放大器之后且包含有脉冲成形网络的放大器。3.1.4电荷灵敏度sensitivity，charge电荷灵敏前置放大器的输出电压与输入电荷之比。也可定义为输出电压与给定探测器入射粒子能量之比。
3.1.5探测器电容capacitanceofdetector在指定的偏压下，探测器的极间电容。3.1.6矩形脉冲rectangularpulse阶跃时间远小于顶部持续时间的平顶脉冲。3.1.7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。3.1.8微分器differentiator
由一个电容和一个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。3.1.9准高斯quasi-Gaussian
国家技术监督局1994-12-22批准1995-10-01实施
GB/T4079-94
近似于正态分布的信号形状。除另有说明外，在本标准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。
3.1.10成形网络shapingnetwork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。它可以减少前置放大器输出脉冲的宽度，从而提高了它的时间分辨能力和信号噪声比。3.1.11上升时间risetime
脉冲从它的最大值的10%升至90%所需要的时间。3.1.12（成形脉冲的）达峰时间peakingtime（ofashapedpulse）单极脉冲由前沿幅度1%点至峰中心线之间的时间间隔。3.1.13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。又称为成形时间标志t/2。3.1.14极零补偿pole-Zerocancellation用极点和零点互相抵消，达到补偿的脉冲成形技术。3.1.15放大器的增益gainofanamplifier放大器输出脉冲幅度与输入脉冲幅度之比。3.1.16等效输入噪声equivalentinputnoise在放大器中，输出噪声信号除以放大器的增益。3.1.17噪声转换增益noisetransitiongain主放大器中的一个增益值，低于该增益值时，输出噪声几乎与增益无关，高于该增益值时.输出噪声几乎与增益成正比。
3.1.18噪声线宽度noiselinewidth用幅度一定的无噪声的电脉冲代替辐射源所产生的信号，由此而获得的谱线宽度。3.1.19动态范围dynamicrange
放大器给出线性响应的脉冲幅度范围。3.1.20积分非线性integralnonlinearity在输出幅度范围内，实际的传输特性曲线与理想直线的差别，用相对于线性响应的最大偏离与最大额定输出脉冲幅度之比的百分数表示。3.1.21微分非线性differentialnonlinearity在放大器的整个动态范围内，增量的增益变化通常表示为基准增量的百分数。3.1.22双极脉冲bipoiarpulse
在基线两边各有一个凸起的脉冲。3.1.23基线baseline
电平的平均值。在无重送脉冲情况下，脉冲偏离此电平平均值，然后又回到此电平平均值。3.1.24基线漂移baselineshift
由于占空因数（等于脉冲时间乘脉冲重复频率)从零增加，而使基线改变的现象(通常此漂移与信号的极性相反）。
3.1.25基线恢复器baselinerestorer在放大器输出脉冲(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。3.1.26偏移offset
直流偏离于所规定的电压（或电流）电平。除另有说明外，所规定的电平是基线。3.1.27［辐射能谱仪的］能量分辨率energyresolution（ofaanradiationspectrometer）对于某一给定的能量，辐射谱仪能分辨的两个粒子能量之间的最小相对差值的量度。通常以半高宽(FWHM)或半高宽与峰能量比值的百分数表示。2
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3（放大器系统中的）分辨时间resolvingtimeinanamplifiersystem）3.1.28
两个相继出现而仍能被分辨开的脉冲或电离事件之间的最小时间间隔。除另有规定外，分辨时间被定义为to.01
3.1.29终接电阻
terminatingresistor
跨接在放大器或信号产生器输出端的电阻。目的是消除信号在这些端处的反射。3.1.30特性阻抗characteristicimpedance一个网络（例如一同轴电缆或一衰减器）的内阻（阻抗）。当用与该阻抗相同的电阻终接时，可避免信号的反射且输出信号减半。
3.1.31晃动walk
放大器中脉冲高度的变化引起过零时间的改变。3.2符号、代号
3.2.1A：放大器增益。
3.2.2AT：噪声转换增益。
3.2.3ADC：模数转换器。
3.2.4BLR：基线恢复器。
3.2.5BW：带宽，MHz。
3.2.6Ce：连接脉冲发生器至前置放大器的检验电容，pF。3.2.7
Ceimt：前置放大器内的检验电容，pF。3.2.8Ca:探测器电容，pF。
3.2.9Cr：电荷灵敏前置放大器中的反馈电容，pF。0C：跨接于前置放大器输入端到地的电容，pF。3.2.10
△：增量的变化。
AUbr：电桥输出电压（在零处，AUbr=0），mV。AU。：实际输出特性曲线与理想的线性响应的最大偏离，mV；N：多道分析器上谱峰的中心道位，道。AN：脉冲产生器峰的FWHM值，道。E：粒子或光子的能量，keV或MeV。e：形成一个离子对所需要的平均能量eV。en：（rms）均方根值噪声电压，mV。emi等效输入噪声，mV。
ene：主放大器输出端处的均方根值噪声电压，mV。FWHM：半高宽，keV（或道）。
FW0.1M：十分之-高宽，keV。
FW0.01M百分之一高宽，keV。
LI：积分非线性。
Lp：微分非线性。wwW.bzxz.Net
CRT：阴极射线管。
P/Z：极/零。
qn：均方根值噪声电荷，VC。
qni：折合到前置放大器输入端的等效均方根值噪声电荷，/C。3.2.29
q：电子电量，q=1.602×10-19C。3.2.31
Ra：探测器偏置电阻，2。
r。内阻，2。
3.2.33R。：终接电阻，0。
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3.2.34Rr：电荷灵敏前置放大器内的反馈电阻，a，3.2.35S。：电荷灵敏度，V/C。3.2.36t脉冲上升时间，ns。
3.2.37tp：单极性脉冲的达峰时间，μs。3.2.38tp1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，μs。3.2.39tp2：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，us。3.2.40txo：双极性脉冲的穿过时间，ns（或μs，或ms）。1/2：成形时间标志。也称为单极性脉冲的脉冲宽度。3.2.41
3.2.42ta：在峰高的n处的脉冲宽度（这里的n规定为0.1,0.001等），ns(μs，ms）。3.2.43T：时间常数，μs。
3.2.44U,：脉冲产生器输出电压幅度，V。3.2.45U。：放大器输出脉冲幅度，V。3.2.46
U：放大器输入脉冲幅度，V。
U.：放大器最大线性输出脉冲的幅度，V。3.2.48Z。：特性阻抗。
4测试仪器
4.1测试方框图
放大器一般参数的测试方框图见图1。AC电压表
电容器盒子
脉冲产生器
直接输出
前置放大器
示效器
主放大器
图1测试方框图
外触发
图1中虚线表示电缆连接的改变。除晃动和前置放大器的非线性测量以外，此装置可以用来测量所有的参数。测量主放大器时，可以不用前置放大器和电容器盒子。在此装置中，电缆终端的插头插座及T型插头、弯头等，要有好的机械性能，以保证有低的接触电阻。脉冲产生器和放大器的终接电阻通常都采用50α。4.2脉冲产生器
脉冲产生器开路输出电压U，大于或等于10.0V，且输出脉冲的幅度能用个满量程为1000分度的多圈电位器来调节。
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除另有说明外，均采用U。等于10V和1000格的刻度盘。不同的U，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出，一个是直接输出，一个是衰减输出，每个输出均有各自的后部终接电阻，并且有相同的内阻r。（r。为0.5Q或更小），同时还应有一个触发示波器扫描用的输出。脉冲产生器的工作频率可以是电源频率或其它频率，用其它频率工作时可以检验系统中的交流声干扰。
4.2.1检验前置放大器的脉冲产生器一般使用t小于或等于1ns的平顶脉冲的脉冲产生器。也可以用t小于或等于5ns水银继电器尾脉冲产生器做所有检验，但不能用来检验前置放大器的指数衰减的性能。脉冲产生器的t，应与探测器的t，相一致，当检验同半导体探测器和充气探测器一起连用的前置放大器时，由于探测器的收集时间在变化，脉冲产生器的t，应不大于探测器或前置放大器系统的最短的t，的1/3。当检验同闪烁探测器一起使用的前置放大器时，脉冲产生器的t，应小于前置放大器的t，如果闪烁探测器的t，比前置放大器的t大，则应再调整脉冲产生器，以便与闪烁体的t.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。若脉冲产生器的幅度相对于示波器的灵敏度已经校准，则脉冲产生器的幅度和示波器的灵敏度均无需准确。
4.2.2检验主放大器的脉冲产生器用矩形脉冲产生器，也可以用尾脉冲产生器，当检验过载或P/Z工作时，必须使用尾脉冲。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。4.3衰减器
衰减器可以是脉冲产生器的一部分，也可以在外部。建议衰减器各档与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不超过该档输出信号的1%。衰减器各档要进行校准，方法是在输入端加直流电压，用数字电压表测量其电压值，然后用数字电压表测量其输出电压值。4.4电容器盒子
图1给出了电容器盒子的线路图。检验电容C。是误差小于或等于1%的已知电容。此盒子还包含一组用开关转换的并联电容，这些电容完全可以覆盖前置放大器所要求的输入电容范围。C。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C。值。并联电容应该用低损耗绝缘物质构成的电容，例如石英、聚苯乙烯或碳酸酯，低损耗陶瓷等。开关和连接器的绝缘体也应是低损耗物质。4.5主放大器
主放大器增益通常在2～3000倍之间，最大线性输出幅度U.为10V，若U.不为10V，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。在高分辨率的谱仪中，脉冲成形是最重要的一条。采用单极脉冲成形时间标志t/2可以便于对不同成形网络的放大器进行能量分辨率的比较。
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。
4.6AC电压表
此电压表应具有有效值响应或全波真-rms响应，此时波峰系数不小于4。在具有CR-(RC)\成形的放大器中，串联噪声由公式(1)决定，并联噪声由公式(2)决定。BW×t1/2≥3.8/8
...（1)
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BW×tv/2≥1.6/8
式中：BW-AC电压表的3db带宽，MHz；t/2—成形时间标志，μs;
8——允许误差，%。
AC电压表的测量精度应好于1%。4.7示波器
示波器应具有直流耦合输入、外触发扫描及足够的内部延迟，而且它的上升时间应小于被测量的最短的t的1/3。为测量晃动，示波器应有一个延迟扫描，其扫描速度应同被测量的晃动相匹配。4.8非线性桥
非线性桥基本上由二个串联电阻组成（通常每个为1kα)，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中桥的方框部分。如果这两个信号极性相反，幅度相等，那么在峰处为零（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出，零状态不改变。如果放大器具有非线性，零状态就会改变增益过高
+增益正好
增益过低
图2桥平衡波形图
为使信号在相加点相减，其中一路的信号必须倒向。如果放大器或前置放大器不具备倒相，就必须在一路中加入倒相器。
为了使有适当灵敏度的示波器不出现过载，减小示波器的过载影响，在桥的相加点（即桥的输出)接两个低电容的高频半导体二级管（如肖特基势垒二级管），组成过载限幅器。4.9脉冲产生器对示波器的校准
在测量增益、电荷灵敏度、噪声时，凡公式中以比例的形式出现的输出和输入电压均无需很精确地分别测定，但脉冲产生器对示波器要进行校准，方法如下：脉冲产生器的直接输出与示波器输入相连接；a.
按刻度盘的指示的值，调节脉冲产生器的输出至5.00V；b.
在放大器测量经常使用的扫描速度下，调节示波器的灵敏度使脉冲在CRT上占有五个大格c.
(DIV)。
使用尾脉冲产生器时，此校准应在脉冲峰值处进行。通常的示波器的每个大格包含有五个小格（div）。脉冲顶部的读数值误差小于0.5div。每次测量前，应重新进行校准。
4.10多道分析器
多道分析器基本上由ADC、记忆单元和显示单元组成。若ADC中谱形发生畸变，说明多道分析器不适合检验高分辨率的放大器和前置放大器。6
5主放大器的主要参数的测量方法GB/T4079--94
主放大器的主要参数有脉冲成形参数、增益、极零补偿范围、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，最好使用矩形脉冲产生器。5.1脉冲成形参数
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t1/2vtpl、tp2、txo、to.01，如图3所示。
5.1.1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tv2表示。t1/2的单位是ns、us、或ms。若用其它脉冲成形参数或以准三角形单极性脉冲的1：表示，必须在测量结果中加以说明。CR-(RC)
图3单极性和双极性脉冲
5.1.2双极性脉冲成形时间的表示法(CR)-（RC)
增加一个微分器，其时间常数与第一个微分器相同，这样就可以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t/2。该脉冲宽度应加以说明。5.2脉冲成形主要参数的测量
测量步骤如下：
断开BLR，首先测量单极性脉冲；调节P/Z电位器，使输出脉冲完全消除下冲；调节脉冲幅度，使它在CRT上为5DIV：增加CRT的垂直灵敏度10倍，使得2.5div代表脉冲幅度的1%。这样即可测出to.01；d.
示波器返回到原来的灵敏度，即可测出t/2、t,为了提高测量精度，扫描的宽度也要调节到使所测参数在水平方向至少占5DIV；用同样方法可测出双极性脉冲的tp1、tp2、to.01、txo。f.
5.3增益测量
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间的增益应相等，否则须加以说明。5.3.1粗增益测量方法如下：
a.主放大器的粗增益置于最大；7
GB/T4079—94
用幅度已知的脉冲输入到主放大器，并保证主放大器输出不饱合；用示波器测量其输出脉冲幅度；计算主放大器增益；
对每一个粗增益档重复上述步骤。粗增益各档测量完后，全部误差将相对于最大粗增益档归一化，也可以选择对其它的粗增益档进行归一化。此外，还应说明粗增益的范围及增益各档的误差。5.3.2细增益测量方法如下：
粗增益放在任意档；
将细增益置于最小，用示波器测出主放大器输出幅度；b.
变)；
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，且其它条件不d.
若细增益的覆盖范围是3：1,则细增益为最大时的输出幅度是细增益为最小时的三倍。给出测量结果时，应说明细增益的精度。5.4极零补偿范围的测量
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P/Z补偿到最大补偿的位置；将主放大器成形时间置于某位置；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，改变脉冲产生器的衰减时间，找到此时间常数下，P/Z网络最佳补偿的衰减时间最大值；改变主放大器成形时间，重复5.4d，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P/Z补偿下限。
5.5噪声测量
5.5.1不同增益下的噪声测量
测量噪声时，市电和高频于扰、地回路噪声、由各电源导致的纹波和噪声以及主放大器内的BLR均不应有效地影响测量结果。并注意P/Z的调节。5.5.1.1测量装置如图1所示。不用前置放大器和桥，连接主放大器输出至示波器输入，5.5.1.2将主放大器增益置于最大，其输入端通过同前置放大器输出阻抗相等的阻抗接地（所用前置放大器的输出阻抗不明时，主放大器应在输入端用50α电阻接地），测出主放大器的增益A。5.5.1.3用均方根值电压表测量主放大器的输出端噪声eno，5.5.1.4折算到输入端的等效噪声为：Pi
式中：A——主放大器增益；
eai——折算到主放大器输入端的等效噪声，mV；eno主放大器的输出端噪声，mV。5.5.1.5在不同增益档下，重复上面测量，可测到各增益档下的eai值。均方根电压表必须有足够的带宽，同时还应说明测量噪声时的t/2及增益范围。5.5.2噪声转换增益
（3）
利用5.5.1所得e相对于A的曲线，如图4所示。曲线的拐点Ar定义为噪声转换增益，并应在测量结果中加以说明。
5.6积分非线性测量
GB/T4079--94
图4em.相对于A的曲线
积分非线性的计算由公式(4)给出。AU。
×100%
式中：AU。最大偏离，mV；
U.放大器最大线性输出脉冲幅度，V。积分非线性的特性曲线见图5。
测量主放大器积分非线性用电桥法。（4）
5.6.1置脉冲产生器直接输出幅度为U.（通常为10V)，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，AU
图5积分非线性的动态特性
5.6.2把主放大器的增益置于50倍（接近用锗探测器测量1MeV射线可能使用的位置）。5.6.3调节P/Z，使输出脉冲达到最佳补偿。5.6.4置输出直流电平为零。
5.6.5调节脉冲产生器的衰减倍数和增益细调，使电桥输出为零。5.6.6在保持所有其它条件不变的情况下，将脉冲产生器直接输出幅度从U连续降到零。在示波器上观察桥输出电压的变化AUbr，找出AUbr.max（AUbr.max=1/2AU。）。9
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