一种用于便携式低功耗核辐射探测器的前放电路制造技术

本发明专利技术属于核辐射探测领域，提供一种用于便携式低功耗核辐射探测器的前放电路，包括低噪声处理电路、电荷灵敏放大电路、相位补偿电路、电压放大电路；所述低噪声处理电路，利用场效应管的开断特性，用于开关控制电路的开断，同时对信号进行初级反向放大；所述电荷灵敏放大电路，用于将场效应管处输出的电流脉冲信号转换成电压脉冲信号；所述相位补偿电路，用于相位补偿；所述电压放大电路包括反向电压放大和差分放大，用于放大信号至便于观测状态。本发明专利技术将半导体前端传感器的输出信号经过场效应管低噪声处理、电荷灵敏放大处理、相位补偿、反相电压放大以及差分放大后，获得高精度信号，有利于核探测器小型化、便携式、低功耗、高信噪比的发展。信噪比的发展。信噪比的发展。

【技术实现步骤摘要】
一种用于便携式低功耗核辐射探测器的前放电路


[0001]本专利技术属于核辐射探测领域，具体涉及一种用于便携式低功耗核辐射探测器的前放电路（前端放大电路），适用于半导体探测器。

技术介绍

[0002]核辐射一般有α、β以及γ三种射线，当其大量或者长期辐射于生物体会产生严重损害，因此利用辐射探测技术对核辐射剂量进行测量是非常必要的。常用的核辐射探测器是利用传感器将核辐射转变成电子信号，进而通过电子学的方法输出为人们便于观察的信号，这就要求核辐射探测器具有高准确度、高灵敏度以及高稳定性等性能指标。目前核辐射探测器前放电路设计往往需要在功耗、信噪比以及探测效率之间权衡，例如使用双极性电源供电（增加功耗）或是减少放大倍数（损失探测效率）以获得信噪比较好的信号。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术的不足之处，提供一种用于便携式低功耗核辐射探测器的前放电路，将半导体前端传感器的输出信号经过场效应管低噪声处理、电荷灵敏放大处理、相位补偿、反相电压放大以及差分放大后，获得高精度信号，有利于核探测器小型化、便携式、低功耗、高信噪比的发展。
[0004]为实现上述目的，本专利技术的技术解决方案如下。
[0005]一种用于便携式低功耗核辐射探测器的前放电路，包括依次相连的低噪声处理电路、电荷灵敏放大电路、相位补偿电路、电压放大电路；所述低噪声处理电路，利用场效应管的开断特性，场效应管位于隔直电容之后，用于开关控制电路的开断，同时对信号进行初级反向放大；所述电荷灵敏放大电路，用于将场效应管处输出的电流脉冲信号转换成电压脉冲信号；所述相位补偿电路，用于相位补偿；所述电压放大电路包括反向电压放大电路和差分放大电路，用于放大信号至便于观测状态。放大倍数为两级增益之积，能使用较小的阻值实现高增益，较大的电阻存在不稳定性以及热噪声大的缺点。
[0006]在上述技术方案中，所述低噪声处理电路的场效应管采用3DJ7G，输入信号经隔直电容C7接场效应管的栅极，场效应管的栅极接电阻R19后接地，当无信号通过时，R19保证场效应管栅极电压稳定，增加系统的稳定性。
[0007]场效应管的漏极接上拉电阻R15，场效应管的源极接电阻R20接地，电阻R20并联电容C15，电阻R20为场效应管放大倍数反馈电阻。
[0008]3DJ7G由于漏源极饱和电流（I
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）只有2mA，因此上拉电阻R15的选择范围更宽，在增加上拉电阻阻值时，对脉冲信号能够提供更大的放大倍数，同时由于其本身的低噪声特性，能获得更好的信噪比。
[0009]在上述技术方案中，所述电荷灵敏放大电路的运算放大器采用AD8039，其噪声水平低至8
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，压摆率为425
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。
[0010]在上述技术方案中，所述相位补偿电路的相位补偿电容C16连接在电荷灵敏处理之后，与电阻R21组成低通滤波电路，抑制信号中的高频噪音。
[0011]在上述技术方案中，所述差分放大电路的差分放大器采用THS4131，其噪声水平为1.3 푛푉
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，压摆率为51
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，同时其输出端的差分结构能够抑制耦合噪声。
[0012]在上述技术方案中，所有元器件供电方案均使用单电源+5V供电，经过实验测量，电路整体功耗仅为5mA。
[0013]本专利技术相比于现有前放电路设计，具有如下突出优点：1.有利于核探测器发展趋于小型化、便携式、高精度。
[0014]2.场效应管使用3DJ7G，噪声更低，漏源级电流更小，通过增加上拉电阻阻值能获得更好的信噪比。
[0015]3.本方案不仅仅局限于PIPS前端传感器，该电路原理同样适用于其他半导体（如MSND）前端传感器，适用面广，同时成本低。
[0016]附图说明
[0017]图1为本专利技术电路的具体电路连接图。
[0018]图2为使用本专利技术前放电路利用PIPS传感器测量
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示波器输出图。
具体实施方式
[0019]为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术进一步详细说明。
[0020]如图1所示，本专利技术实施例提供一种用于便携式低功耗核辐射探测器的前放电路，其电路具体组成有：（1）电阻R2、R5及传感器等效内阻共同组成的分压系统，可通过调节两者电阻阻值调节传感器的供电电压，以PIPS为例，R2=300KΩ，R5=1MΩ时，PIPS能获得4.5V的供电电压，满足其正常工作电压范围。
[0021]（2）以场效应管J3为核心组成的低噪声处理电路，所述低噪声处理电路的场效应管采用3DJ7G，输入信号经隔直电容C7接场效应管的栅极，场效应管的栅极接电阻R19后接地，当无信号通过时，R19保证场效应管栅极电压稳定，增加系统的稳定性。
[0022]场效应管的漏极接上拉电阻R15，场效应管的源极接电阻R20接地，电阻R20并联电容C15，电阻R20为场效应管放大倍数反馈电阻。
[0023]利用场效应管的开断特性，当无信号通过时，电容C7为隔直电容，使场效应管栅极电压为零，场效应管截止；当传感器端接收到放射源信号并将其转换成脉冲信号输出时，根据N型场效应管特性，状态由截止变为导通，对信号进行反向放大。在常见的设计中，该处场效应管一般使用2N4416，其漏源级饱和电流最小为5mA，这就导致过大的上拉电阻会使信号失真。本实施例中选用3DJ7G，该场效应管在满足低噪声的同时，漏源级饱和电流仅为2mA，可增加上拉电阻阻值来获得更好的增益效果，提高信噪比。
[0024]（3）以运算放大器U1A为核心组成的电荷灵敏放大电路，运算放大器U1A选用ADI公司的AD8039，其噪声水平低至8
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，压摆率为425
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，性能参数表现优异，且支持+5V供电。
[0025]（4）相位补偿电容C16，同时与电阻R21组成低通滤波电路，抑制信号中的高频噪音，提高信噪比，截止频率可通过具体使用环境进行调节参数。
[0026]（5）电压放大电路，为反向电压放大电路与差分放大电路两步分开进行，放大倍数为两级增益之积，能使用较小的阻值实现高增益，较大的电阻存在不稳定性以及热噪声大的缺点。
[0027]差分放大器选用TI公司的THS4131，其噪声水平为1.3 푛푉
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，压摆率为51
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，同时其输出端的差分结构能够抑制耦合噪声。并且以差分形式进行输出，可适用更多外部接口。
[0028]电荷灵敏放大电路和反向电压放大电路均使用单电源+5V供电，+2.5V为信号的电压基准电压。
[0029]本说明书中未作详细描述的内容，属于本专业技本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于便携式低功耗核辐射探测器的前放电路，其特征在于：包括依次相连的低噪声处理电路、电荷灵敏放大电路、相位补偿电路、电压放大电路；所述低噪声处理电路，利用场效应管的开断特性，场效应管位于隔直电容之后，用于开关控制电路的开断，同时对信号进行初级反向放大；所述电荷灵敏放大电路，用于将场效应管处输出的电流脉冲信号转换成电压脉冲信号；所述相位补偿电路，用于相位补偿；所述电压放大电路包括反向电压放大电路和差分放大电路，用于放大信号至便于观测状态。2.根据权利要求1所述的用于便携式低功耗核辐射探测器的前放电路，其特征在于：所述低噪声处理电路的场效应管采用3DJ7G，输入信号经隔直电容C7接场效应管的栅极，场效应管的栅极接电阻R19后接地，场效应管的漏极接上拉电阻R15，场效应管的源极接电阻R...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭晓彬，毕明德，李瑞，王强，范磊，施礼，金坦，陈祥磊，蔺常勇，黄欣杰，万新峰，任才，
申请(专利权)人：中国船舶重工集团公司第七一九研究所，
类型：发明
国别省市：