路径: 主页 > GB/T > 第530页 > GB/T 4079-2025 | 标准编号 | GB/T 4079-2025 (GB/T4079-2025) | | 中文名称 | 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 | | 英文名称 | Test procedures for amplifiers and charge-sensitive preamplifiers used withdetectors of ionizing radiation | | 行业 | 国家标准 (推荐) | | 中标分类 | F80 | | 国际标准分类 | 27.120.20 | | 字数估计 | 26,255 | | 发布日期 | 2025-10-05 | | 实施日期 | 2025-10-05 | | 旧标准 (被替代) | GB/T 4079-1994 | | 发布机构 | 国家市场监督管理总局、国家标准化管理委员会 | 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
CCSF80
中华人民共和国国家标准
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
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
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
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。
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
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 mainamplifier;shapingamplifier
谱(仪)放大器 spectrumamplifier
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
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。
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 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。
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
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
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-zerocancelation
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 gainofanamplifier
放大器输出脉冲幅度与输入脉冲幅度之比。
3.15
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 noisetransitiongain
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。
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
(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
(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 terminatingresistor
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。
3.27
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
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50Ω,电缆
的选择应与R0的阻抗相匹配。
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10mV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0.5Ω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1ns的平顶脉冲的脉冲产生器。也可用tr小于或等于5ns
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
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~3000倍之间,最大线性输岀幅度Um为10V,若Um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。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3dB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1kΩ,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。
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
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;
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2μs,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50Ω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=
eno
(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。
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。
L1=
ΔU0
Um ×
100% (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=
2×ΔUbr(T2)
Um ×(T2-T1)×
100% (5)
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
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8h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=
Um.max-Um.min
Um.max+Um.min ≈
ΔUbr.max......
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