对4H-碳化硅探测器输出信号放大的电流脉冲型前端电路及放大方法技术

本发明专利技术公开了一种对4H

【技术实现步骤摘要】
对4H
‑
碳化硅探测器输出信号放大的电流脉冲型前端电路及放大方法


[0001]本专利技术属于核辐射探测
，具体涉及到一种基于4H
‑
碳化硅探测器的电流脉冲型前端电路。

技术介绍

[0002]4H
‑
碳化硅探测器的平均电离能高，收集到的电荷量更少，输出信号更微弱，导致探测器输出信号非常容易受分布电容影响，无法对输出信号直接准确测量。故需要采用电子学的方法设计电流型前端电路对微弱的探测器输出信号进行放大处理，以提高信噪比。现有技术中，电压型和电荷型前置放大器较大展宽了输入的探测器脉冲信号的脉宽，从而会造成脉冲信号堆积，使之无法满足在中子的中高注量率场景下的探测需求。

技术实现思路

[0003]为了克服上述现有技术存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种基于4H
‑
碳化硅探测器的电流脉冲型前端电路，该电路用于中子的中高注量率场景下，在低失真的情况下对信号进行电流
‑
电压转换并放大，且避免信号脉宽过大造成的脉冲信号堆积。
[0004]为达到上述目的，本专利技术通过以下技术方案实现：
[0005]一种对4H
‑
碳化硅探测器输出信号放大的电流脉冲型前端电路，包括第一级跨阻抗放大电路、第二级低通滤波器、第三级同相比例放大电路以及第四级反相比例放大电路，第一级跨阻抗放大电路将4H
‑
碳化硅探测器产生的微弱且具有高带宽的电流脉冲信号做电流
‑
电压变换及低失真的电压放大，第二级低通滤波器滤除第一级跨阻抗放大电路输出的电压脉冲信号的高频噪声，第三级同相比例放大电路将第二级低通滤波器输出的电压脉冲信号进行放大，第四级反相比例放大电路将第三级同相比例放大电路输出的电压脉冲信号再次进行放大并将电压极性反转。
[0006]所述第一级跨阻抗放大电路由交流耦合电容C
t
、第一运算放大器IC1、反馈电阻R
f
和反馈电容C
f
组成；交流耦合电容C
t
一端连接Iin端子，另一端连接第一运算放大器IC1的
‑
IN引脚；第一运算放大器IC1的+IN引脚、NC_1引脚连接地；第一运算放大器IC1的NC_2引脚悬空；第一运算放大器IC1的引脚和V+引脚连接+2.5V电压；第一运算放大器IC1的V
‑
引脚连接
‑
2.5V电压；反馈电阻R
f
一端连接第一运算放大器IC1的
‑
IN引脚，另一端连接第一运算放大器IC1的OUT引脚；反馈电容C
f
一端连接第一运算放大器IC1的
‑
IN引脚，另一端连接运算放大器IC1的OUT引脚。
[0007]所述反馈电阻R
f
阻值与反馈电容C
f
电容值的选取要保证二者的乘积的大小使得拓宽输出脉冲的半高宽不超过100ns。
[0008]第二级低通滤波器由第七电阻R7和第十四电容C14组成；第七电阻R7一端连接第一运算放大器IC1的OUT引脚，另一端连接第二运算放大器IC2的+IN引脚；第十四电容C14一端连接第二运算放大器IC2的+IN引脚，另一端连接地。
[0009]第三级同相比例放大电路由第三电阻R3、第六电阻R6和第二运算放大器IC2组成；第三电阻R3一端连接第二运算放大器IC2的FB引脚，另一端连接地；第六电阻R6一端连接第二运算放大器IC2的
‑
IN引脚，另一端连接第二运算放大器IC2的FB引脚；第二运算放大器IC2的
‑
VS引脚连接
‑
5V电压；第二运算放大器IC2的+VS引脚连接+5V电压；第二运算放大器IC2的引脚和NC引脚悬空；第二运算放大器IC2的EP引脚连接地。
[0010]第四级反相比例放大电路由第五电阻R5、第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10和第三运算放大器IC3组成；第五电阻R5一端连接第三运算放大器IC3的FB引脚，另一端连接第三运算放大器IC3的
‑
IN引脚；第八电阻R8一端连接第二运算放大器IC2的OUT引脚，另一端连接第三运算放大器IC3的
‑
IN引脚；第十电阻R10一端连接第三运算放大器IC3的+IN引脚，另一端连接地；第三运算放大器IC3的
‑
VS引脚连接
‑
5V电压；第三运算放大器IC3的+VS引脚连接+5V电压；第三运算放大器IC3的引脚和NC引脚悬空；第三运算放大器IC3的EP引脚连接地；第九电阻R9一端连接第三运算放大器IC3的OUT引脚，另一端连接Vout端子。
[0011]所述的对4H
‑
碳化硅探测器输出信号放大的电流脉冲型前端电路的放大方法，包含以下步骤：
[0012]步骤1：4H
‑
碳化硅探测器将中子信号转换为电流脉冲信号，传输至电流脉冲型前端电路的Iin端子，第一级跨阻抗放大电路中交流耦合电容C
t
将微弱电流信号滤除直流分量，使用第一运算放大器IC1将信号放大并展宽脉冲信号的脉宽后，由反馈电阻R
f
转换成反向放大的电压信号输出到第二级低通滤波器；
[0013]步骤2：第二级低通滤波器中的第十四电容C14和第七电阻R7滤除反向放大的电压信号中的高频噪声并输出到第三级同相比例放大电路；
[0014]步骤3：第三级同相比例放大电路通过调节第六电阻R6与第三电阻R3比值来调节第二运算放大器IC2输出增益将滤除高频噪声的反向放大的电压信号进行比例放大并输出到第四级反相比例放大电路；
[0015]步骤4：第四级反相比例放大电路通过调节第五电阻R5与第八电阻R8的比值来调节第三运算放大器IC3输出增益并将反向放大的电压信号进行极性反转，转换成正向放大的电压信号，并再次进行比例放大。
[0016]与现有技术相比，本专利技术具有如下优点和技术效果：
[0017]本专利技术的电流型脉冲前端电路采用跨阻抗放大电路、低通滤波电路和两级比例放大电路构成，实现了高带宽、高增益的电流电压变换且脉冲信号脉宽较小，以满足中子的中高注量率场景下对高带宽弱电流脉冲信号的线性放大且不堆积，且在较大范围的输入电流脉冲信号情况下可以线性不失真的放大信号，满足在中子的中高注量率场景下的探测需求；本专利技术结构简单，易于实现，可为相关技术的发展提供一定参考价值。
附图说明
[0018]图1为本专利技术的电流脉冲型前端电路原理图；
[0019]图2为本专利技术的不同输入脉冲幅值下的输出波形图；
[0020]图3为本专利技术的脉冲不失真放大的动态范围图。
具体实施方式
[0021]下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步详细说明。
[0022]如图1所示，本专利技术提供一种对4H
‑
碳化硅探测器输出信号放大的电流脉冲型前端电路，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种对4H
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碳化硅探测器输出信号放大的电流脉冲型前端电路，其特征在于：包括第一级跨阻抗放大电路、第二级低通滤波器、第三级同相比例放大电路以及第四级反相比例放大电路，第一级跨阻抗放大电路将4H
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碳化硅探测器产生的微弱且具有高带宽的电流脉冲信号做电流
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电压变换及低失真的电压放大，第二级低通滤波器滤除第一级跨阻抗放大电路输出的电压脉冲信号的高频噪声，第三级同相比例放大电路将第二级低通滤波器输出的电压脉冲信号进行放大，第四级反相比例放大电路将第三级同相比例放大电路输出的电压脉冲信号再次进行放大并将电压极性反转。2.如权利要求1所述的基于4H
‑
碳化硅探测器的电流脉冲型前端电路，其特征在于：所述第一级跨阻抗放大电路由交流耦合电容(C
t
)、第一运算放大器(IC1)、反馈电阻(R
f
)和反馈电容(C
f
)组成；交流耦合电容(C
t
)一端连接Iin端子，另一端连接第一运算放大器(IC1)的
‑
IN引脚；第一运算放大器(IC1)的+IN引脚、NC_1引脚连接地；第一运算放大器(IC1)的NC_2引脚悬空；第一运算放大器(IC1)的引脚和V+引脚连接+2.5V电压；第一运算放大器(IC1)的V
‑
引脚连接
‑
2.5V电压；反馈电阻(R
f
)一端连接第一运算放大器(IC1)的
‑
IN引脚，另一端连接第一运算放大器(IC1)的OUT引脚；反馈电容(C
f
)一端连接第一运算放大器(IC1)的
‑
IN引脚，另一端连接运算放大器(IC1)的OUT引脚。3.如权利要求2所述的基于4H
‑
碳化硅探测器的电流脉冲型前端电路，其特征在于：所述反馈电阻(R
f
)阻值与反馈电容(C
f
)电容值的选取要保证二者的乘积的大小使得拓宽输出脉冲的半高宽不超过100ns。4.如权利要求1所述的基于4H
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碳化硅探测器的电流脉冲型前端电路，其特征在于：第二级低通滤波器由第七电阻(R7)和第十四电容(C14)组成；第七电阻(R7)一端连接第一运算放大器(IC1)的OUT引脚，另一端连接第二运算放大器(IC2)的+IN引脚；第十四电容(C14)一端连接第二运算放大器(IC2)的+IN引脚，另一端连接地。5.如权利要求1所述的基于4H
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碳化硅探测器的电流脉冲型前端电路设计方法，其特征在于：第三级同相比例放大电路由第三电阻(R3)、第六电阻(R6)和第二运算放大器(IC2)...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘书焕，孟凡钧，马勇，王炫，熊艳丽，黄有骏，李浩迪，孙云峰，朱世杰，邢天，阿德科亚，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：