SU1656664A1 - Charge-sensitive preamplifier - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к  дерной электронике . Цель изобретени  - повышение быстродействи  путем уменьшени  вли ни  перегружающих импульсов зар да. Зар дочувствительный предусилитель содержит операционный усилитель 1, транзисторы 2 и 3, диоды 4-7, резистор 8 и конденсатор 9 обратной св зи, источник 10 опорного напр жени  и резисторы 11-14. При поступлении перегружающих импульсов зар да на вход устройства через транзистор 3, диод 7 и транзистор 2 протекает ток, обусловленный этим избыточным зар дом. При этом операционный усилитель 1 работает в линейном режиме. После окончани  действи  входного перегружающего зар да транзистор 3 и диод 7 закрываютс . Врем  запирани  транзистора 3 определ етс  его базоэмит- терной емкостью и величиной резистора 14. После закрывани  транзистора 3 и диода 7 и истечени  времени спада устройство готово к приему следующих входных зар дов Т.обр транзистор 3 и диоды 6 и 7 способствуют увеличению быстродействи . С помощью резисторов 12 и 13 устран етс  уменьшение диапазона выходного сигнала за счет падени  напр жени  база-эмиттер транзистора 2, обеспечиваетс  оптимальный режим и устойчива  работа операционного усилител  1. 1 ил ЁThis invention relates to nuclear electronics. The purpose of the invention is to increase the speed by reducing the effect of charge overloading pulses. The charging preamplifier contains an operational amplifier 1, transistors 2 and 3, diodes 4-7, resistor 8 and feedback capacitor 9, reference source 10 and resistors 11-14. When overloading charge pulses arrive at the input of the device through the transistor 3, the diode 7 and the transistor 2, a current flows due to this excessive charge. In this case, the operational amplifier 1 operates in a linear mode. Upon termination of the input overload charge, the transistor 3 and the diode 7 are closed. The locking time of the transistor 3 is determined by its base-emitting capacitance and the value of resistor 14. After closing transistor 3 and diode 7 and the decay time has elapsed, the device is ready to receive the following T. input inputs. Resistors 12 and 13 eliminate the output signal range by decreasing the base-emitter voltage of transistor 2, ensuring optimal operation and stable operation of the operational amplifier 1. 1 or 3

Description

Изобретение относитс  к  дерной электронике и может быть использовано дл  построени  амплитудных спектрометрических трактов многоканальных анализаторов или радиометров с цифровыми порогами дискриминации.The invention relates to nuclear electronics and can be used to construct amplitude spectrometric paths of multichannel analyzers or radiometers with digital discrimination thresholds.

Цель изобретени  - повышение быстродействи  путем уменьшени  вли ни  перегружающих импульсов зар да.The purpose of the invention is to increase the speed by reducing the effect of charge overloading pulses.

На чертеже представлена принципиальна  электрическа  схема предложенного устройства .The drawing shows a circuit diagram of the proposed device.

Зар дочувствительный 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 св зи, источник опорного напр жени  10, а такжеThe charge sensitive preamplifier contains an operational amplifier 1, the first 2 and second 3 transistors, the first 4, the second 5, the third 6 and the fourth 7 diodes, a resistor 8 and a feedback capacitor 9, a reference voltage source 10, and

первый 11, второй 12, третий 13 и четвертый 14 резисторы.the first 11, the second 12, the third 13 and the fourth 14 resistors.

Зар дочувствительный предусилитель работает следующим образом.Zar desensitive preamplifier works as follows.

Измер емые отрицательные импульсы зар да Q поступают на вход устройства. Этот зар д распредел етс  между емкостью входа устройства Свх, котора  определ етс  как сумма емкости детектора Сд и входной емкости операционного усилител  1 Свх у и емкостью обратной св зи Сое. Последн   представл ет собой емкость конденсатора обратной св зи 9. Полага , что полный зар д Q, собираемый детектором, делитс  на зар ды QBX и QO с которые поступают соответственно в емкости Свх и С0 с получаютThe measured negative charge pulses Q are fed to the input of the device. This charge is distributed between the input capacitance of the CW device, which is defined as the sum of the capacitance of the detector Cd and the input capacitance of the operational amplifier 1 Concentrator and the feedback capacitance Soi. The latter is the capacitance of feedback capacitor 9. The assumption that the total charge Q collected by the detector is divided by the charges QBX and QO which are received respectively into the capacitance GCX and C0 c are obtained

Q QBx + Qoc,Q QBx + Qoc,

QBX - Свх VexiQBX - SVX Vexi

OsOs

:сл: cl

о оoh oh

ЈJ

Qo.c - Coc(VBx-VBbix);Qo.c - Coc (VBx-VBbix);

VBMX KVex.VBMX KVex.

где К - коэффициент усилени  операционного усилител  1 без обратной св зи;where K is the gain of the operational amplifier 1 without feedback;

VBX - напр жение на входе устройства.VBX is the input voltage of the device.

Реша  эти уравнени  относительно /Вых. получаютSolving these equations for / Ex. get

УвыХ «7,Alas "7,

т.е. амплитуда сигнала на выходе устройства определ етс  величиной зар да Q, образованного в детекторе, и емкостью обратной св зи Со.с и практически не зависит от входной емкости устройства (Свх. Сд).those. the amplitude of the signal at the output of the device is determined by the magnitude of the charge Q formed in the detector and the feedback capacitance Co.c and is almost independent of the input capacitance of the device (Cx. Cd).

Таким образом, наличие отрицательной обратной св зи по зар ду стабилизирует не только операционный усилитель 1, но и сам источник зар да.Thus, the presence of negative feedback on charge stabilizes not only the operational amplifier 1, but also the source of the charge.

Врем  нарастани  выходного импульса (tH) на выходе устройства определ етс  временем сбора зар да в детекторе ионизирующего излучени , а посто нна  спада выходного сигнала гс равна произведению величин сопротивлени  и емкости резистора 8 и конденсатора 9 обратной св зи.The rise time of the output pulse (tH) at the output of the device is determined by the time of charge collection in the ionizing radiation detector, and the constant decay of the output signal rc is equal to the product of the resistance and capacitance values of the resistor 8 and feedback capacitor 9.

Если используютс  сцинтилл ционные детекторы , то гс выбираетс  из услови  максимального отношени  сигнал/шум и составл ет, как правило, 1 мкс. При этом емкость обратной св зи Со.с выбираетс  как можно меньшей дл  получени большого коэффициентаIf scintillation detectors are used, then rc is selected from the condition of maximum signal-to-noise ratio and is typically 1 µs. In this case, the feedback capacitance Co.c is selected as low as possible to obtain a large coefficient

преобразовани  (КПр ), а сопротивлео .сtransformations (QPR), and resistivity.

ние обратной св зи R0,c как можно большим с целью уменьшени  тепловых шумов. Дл  измерений средней точности с использованием сцинтилл ционных детекторов оптимальными величинами  вл ютс  Со.с. 1 пФ, Ro.c 10е Ом.Feedback feedback R0, c as large as possible in order to reduce thermal noise. For average accuracy measurements using scintillation detectors, the optimal values are Co.s. 1 pF, Ro.c 10e Ohm.

Дл  сцинтилл циейного детектора Хн 0,3 мкс, а врем  спада выходного импульса ten (4-5) тс.For a scintillation detector, Hn is 0.3 µs, and the decay time of the output pulse is ten (4-5) ts.

Если амплитуда импульсов выходного напр жени  не превышает напр жени  источника опорного напр жени  10, то второй транзистор 3 и четвертый диод 1 закрыты и не вли ют на работу устройства, так как паразитна  емкость коллектор-база второго транзистора 3 включена параллельно входной емкости устройства, и паразитна  емкость закрытого четвертого диода 7 подключена через открытый третий диод 6 к источнику опорного напр жени  10. Таким образом, эти емкости не подключены параллельно емкости Сое, не измен ют ее величины и тем самым не вли ют на линейность коэффициента преобразовани  устройства. Током утечки закрытого второго транзистора приIf the amplitude of the output voltage pulses does not exceed the voltage of the voltage source 10, then the second transistor 3 and the fourth diode 1 are closed and do not affect the operation of the device, since the parasitic capacitance collector-base of the second transistor 3 is connected in parallel with the input capacitance of the device, and the parasitic capacitance of the closed fourth diode 7 is connected through the open third diode 6 to the source of the reference voltage 10. Thus, these capacitors are not connected in parallel with the capacitor, do not change its values and thus do not affect The conversion rate of the device. The leakage current of the closed second transistor at

реальных значени х Со.с и Р0.с также можно пренебречь.real values of Co.s and P0s can also be neglected.

При поступлении на вход перегружающих импульсов зар да Опер, которые соот- ветствуют высокоэнергетическим изотопам или лини м выход щих за пределы измер емого диапазона событий, ма выходе устанавливаетс  ограниченна  амплитуда импульса VBbix.orp, равна Upon the input of overloading pulses of Oper charge, which correspond to high-energy isotopes or lines beyond the measurable range of events, the limited amplitude of the pulse VBbix.orp is set at the output, equal to

Увых.орг Vnopor + Убэ + 1Л (Vnopor + 1,4)Ь,Vyh.org Vnopor + Ube + 1L (Vnopor + 1.4) b,

где Vnopor - напр жение источника опорного напр жени  10;where Vnopor is the voltage source of the reference voltage 10;

/бэ - базоэмиттерное (пр мое) напр жение второго транзистора 3;/ BE is the base-emitter (direct) voltage of the second transistor 3;

Уд - пр мое напр жение на четвертом диоде 7. Через второй транзистор 3, четвертый диод 7 и первый транзистор 2 протекает ток, обусловленный избыточным входным зар дом. При этом операционный усилитель 1 продолжает работать в линейном режиме .Ud is the direct voltage on the fourth diode 7. Through the second transistor 3, the fourth diode 7 and the first transistor 2 a current flows due to excessive input charge. In this case, the operational amplifier 1 continues to operate in linear mode.

После окончани  действи  входного перегружающего зар да второй транзистор 3 и четвертый диод 7 закрываютс . Врем  запирани  второго транзистора 3 определ етс  его базоэмиттерной емкостью и величиной четвертого резистора 14 и составл ет 15-30 не. После закрывани  второго транзистора 3 и четвертого диода 7 и истечении времениAfter the termination of the input overload charge, the second transistor 3 and the fourth diode 7 are closed. The locking time of the second transistor 3 is determined by its base-emitting capacitance and the value of the fourth resistor 14 and is 15-30 ns. After closing the second transistor 3 and the fourth diode 7 and the time expires

спада ten устройство готово к приему следующих входных зар дов.At ten, the device is ready to receive the following input charges.

Таким образом, второй транзистор 3, третий 6 и четвертый 7 диоды способствуют увеличению быстродействи , при этом неуху/ ша  точностные характеристики устройства. С помощью второго 12 и третьего 13 резисторов устран етс  уменьшение диапазона выходного сигнала за счет падени  напр жени  база-эмиттер первого транзистораThus, the second transistor 3, the third 6, and the fourth 7 diodes contribute to an increase in speed, while the numerical / accurate characteristics of the device. Using the second 12 and third 13 resistors, the reduction of the output signal range is eliminated due to the voltage drop of the base-emitter of the first transistor

2, обеспечиваетс  оптимальный режим и устойчива  работаоперационного усилител  1. Смещение максимального выходного потенциала в сторону отрицательных значени  , беспе- чивает устойчивость устройства при любых2, the optimum mode is ensured and the operation amplifier 1 is stable. Offsetting the maximum output potential towards negative values, ensures stability of the device for any

режимах работы. Величина второго резистора 12 составл ет 3-4 кОм, а третьего резистора 13 составл ет 8-10 кОм.modes of operation. The value of the second resistor 12 is 3-4 kΩ, and the third resistor 13 is 8-10 kΩ.

В качестве операционного усилител  1 можно использовать интегральные схемыAs an operational amplifier 1, you can use integrated circuits

КР544УД2, КР574УД1, входные каскады которых реализованы на полевых транзисторах .КР544УД2, КР574УД1, input stages of which are implemented on field-effect transistors.

Устранение вли ни  перегружающих импульсов на работу устройства повышаетEliminating the influence of overloading pulses on the operation of the device increases

5 быстродействие в 3-6 раз и позвол ет регистрировать входные импульсы с загрузкой 10 имп/с. Кроме того, расширен на 10-20% диапазон выходных импульсов.5 speed 3-6 times and allows you to register input pulses with a load of 10 pulses / s. In addition, the range of output pulses is expanded by 10-20%.

Claims (1)

Формула изобретени  Зар дочувствительный 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 двухпол рного питани , при этом инвертирующий вход операционного усилител   вл етс  входом устройства и соединен через параллельно включенные резистор и конденсатор обратной св зи с эмиттером первого транзистора, коллектор которого подключен к второй шине двухпол рного питани , эмиттер первого транзистора  вл етс  выходом устройства, отличающийс  тем, что, с целью повышени  быстродействи  пу0Claim of the invention Charging preamplifier containing an operational amplifier, non-inverting input of which is connected to a common bus and through parallel-opposite first and second diodes - with its inverting input, as well as the first transistor of the first type, the emitter of which through the first resistor is connected to the first bus two-pole power supply, wherein the inverting input of the operational amplifier is the device input and is connected through a parallel connected resistor and feedback capacitor to the emitter the first transistor, the collector of which is connected to the second dual supply bus, the emitter of the first transistor is a device output, characterized in that, in order to increase the speed of 5five 00 тем уменьшени  вли ни  перегружающих импульсов зар да, в него введены второй транзистор второго типа, третий и четвертый диоды, второй и третий и четвертый резисторы и источник опорного напр жени , причем коллектор второго транзистора соединен с инвертирующим входом операционного усилител , выход которого через второй резистор соединен с базой первого транзистора, база второго транзистора подключена к источнику опорного напр жени , а эмиттер - к точке соединени  катодов третьего и четвертого диодов и через четвертый резистор к первой шине двухпол рного питани , аноды третьего и четвертого диодов подключены соответственно к источнику опорного напр жени  и эмиттеру первого транзистора , между базой и коллектором которого включен третий резистор.By reducing the effect of charging overload pulses, a second transistor of the second type, the third and fourth diodes, the second and third and fourth resistors, and a voltage source are inserted, the collector of the second transistor is connected to the inverting input of the operational amplifier, the output of which is through the second resistor connected to the base of the first transistor, the base of the second transistor is connected to the voltage source, and the emitter to the connection point of the cathodes of the third and fourth diodes and through the fourth resistor to the first th power bus dvuhpol molecular weight, the anodes of the third and fourth diodes respectively connected to a source of reference voltage and the emitter of the first transistor, between the base and collector of which includes a third resistor. //,//, /4/four