《核電子學(xué)》習(xí)題解答

./第一章1.1核電子學(xué)與一般電子學(xué)的不同在哪里？以核探測器輸出信號的特點來說明。在核輻射測量中,最基本的特點是它的統(tǒng)計特性、非周期性、非等值性,核電子學(xué)分析這種信號,經(jīng)處理得到有用的信息。1.4當(dāng)探測器輸出等效電流源時,求此電流脈沖在探測器輸出回路上的輸出波形并討論R0C0<<τ的情況。V0<s>=I0<s>·[R0∥<1/sc>]=I0[1/<s+1/τ>]·[R0<1/sc0>/<R0+<1/sc0>>=<I0/c0>·{1/[<s+1/τ><s+1/R0c0>∴當(dāng)R0c0<<τ時,τ－R0c0≈τ∴1.5如圖,設(shè),求輸出電壓V<t>。1.6表示系統(tǒng)的噪聲性能有哪幾種方法？各有什么意義？輸入端的噪聲電壓是否就是等效噪聲電壓？為什么？ENVENCENNENEη<FWHM>NE不是1.7設(shè)探測器反向漏電流ID=10-8A,后級電路頻寬為1MHz,計算散粒噪聲相應(yīng)的方根值和相對于ID1.8試計算常溫下〔設(shè)T=300K5MΩ電阻上相應(yīng)的均方根噪聲電壓值〔同樣設(shè)頻寬為1MHz,并與1MHz能量在20pF電容上的輸出幅值作比較?！摺?.9U求單個矩形脈沖f〔t通過低通濾波器,RC=T,RC=5T,及RC=T/5,時的波形及頻譜。Utt1.10電路中,若輸入電壓信號Vi〔t=δ〔t,求輸出電壓信號V0〔t,并畫出波形圖,其中A=1為隔離用。由,得：1.12設(shè)一系統(tǒng)的噪聲功率譜密度為,當(dāng)此噪聲通過下圖電路后,求A點與B點的噪聲功率譜密度與噪聲均方值。對A點：,噪聲均方值：對B點：,噪聲均方值：第二章2.1電荷靈敏前置放大器比電壓靈敏前置放大器有什么優(yōu)點？為什么把反饋電容稱為積分電容,作用是什么？優(yōu)點：VOM穩(wěn)定性高,能用高能量分辨能譜系統(tǒng)Cf起積分作用,當(dāng)A很大時,2.2試對下圖典型的電荷靈敏前置放大器電路在輸入沖擊電流I<t>=Q·δ<t>時,〔1求Vo<t>的一般表達(dá)式〔2當(dāng)Cf=1pF,Rf=109Ω時,畫出大致波形并與Rf→∞時作比較?！?∵∴〔2RfCf=109×10-12=10-3<S>V<t>V<t>-Q/Cft∞10-32.4一個低噪聲場效應(yīng)管放大器,輸入等效電容Ci=10pF,輸入電阻Ri=1MΩ,柵極電流IG=0.1μA,跨導(dǎo)gm=1mA/V,Cgs<<Cc,放大器頻帶Δf=10MHz,T=290K,1/f噪聲可忽略,求輸入端等效噪聲。輸入電阻熱噪聲：Ig噪聲：溝道熱噪聲：∴2.6分析快電荷靈敏前置放大器,畫出簡化框圖分別計算電荷和能量變換增益；〔ω=3.6ev/電子空穴對,e=1.6×10-19庫侖估算電路的開環(huán)增益〔gm=5mA/V,A3=0.98估算該前放的上升時間〔Ca=5pF,Ci=5pF〔2ACQ=1/Cf=1×1012V/CACE=e/<Cfω>=44.4mv/Mev〔3A0=gmR6/<1-A3>=3000〔4tr0=2.2RaCa/<1+A0F0>=2.2Ca<Ci+Cf>/gmCf=13.2ns2.7討論電荷靈敏、電壓靈敏、電流靈敏三種前置放大器的特性,各適于哪方面的應(yīng)用,為什么？電流靈敏前放輸出快,對輸出電流信號直接放大,常用作快放大器,但相對噪聲較大,主要適用于時間測量系統(tǒng)。電荷靈敏前放和電壓靈敏前放用于能譜測量系統(tǒng),電荷靈敏前放比電壓靈敏前放輸出電壓穩(wěn)定性高,可用在能量分辨率較高的系統(tǒng)。第三章3.1試論述放大器在核物理實驗中的作用,對各個性能指標(biāo)應(yīng)如何協(xié)調(diào)考慮？放大器在核物理實驗中主要有放大和成形作用。,且必須保持探測器輸出的有用信息。對各個性能指標(biāo)應(yīng)從能量測量和時間測量分別考慮。3.2譜儀放大器的幅度過載特性含義是什么？計數(shù)率過載含義是什么？二者引起的后果有何區(qū)別？幅度過載：信號超出線性圍很大時,放大器一段時間不能正常工作,后果：不能工作的死時間存在計數(shù)率：放大器中由于計數(shù)率過高引起脈沖幅度分布畸變后果：峰偏移和展寬3.3試說明能否通過反饋來減少干擾和噪聲對放大器的影響？用什么方法可以減少干擾和噪聲對放大器的影響？不能。用同向接法。用雙芯同軸電纜把信號送到差分放大器。3.4試分析和討論下面兩個譜儀放大節(jié)電路,指出在電路中采取了什么措施,目的是什么？a：T1共射極放大,T3,T4兩級共集電極放大恒流源作負(fù)載,10μ自舉電容,電壓并聯(lián)負(fù)反饋。b：T1共基,T2共射,T3共集,T4,T5互補復(fù)合跟隨器。1μ自舉電容,電壓并聯(lián)負(fù)反饋。3.5極零相消電路和微分電路有什么區(qū)別？如何協(xié)調(diào)圖示的參數(shù),使它能達(dá)到極零相消的目的？不同之處,極零相消使時間常數(shù)變小,指數(shù)衰減信號通過微分電路會產(chǎn)生下沖。,故"極""零"相消,即與相消,所以當(dāng)τ=τ2時滿足,即τ=R2C.3.6有源積分濾波器與無源積分濾波器相比有什么優(yōu)點？門控積分濾波器有什么特點？優(yōu)點：有源濾波器更接近于理想的微分和積分特性,把放大和濾波成形連在一起,既節(jié)省元件,又比無源濾波器級數(shù)少,效果好。門控有源積分器輸出平頂波波形,對減少彈道虧損很有利,信噪比相對較好。3.7試說明核信號通過圖示的濾波成型電路后得到什么,失去什么,畫出圖形。得到能量信息,失去了時間信息。極零相消,兩次無源積分,加兩次有源積分。3.8說明彈道虧損的原因。輸入電流的脈沖寬度有限時,在信號的寬度,電容C被充電,且通過R放電,故產(chǎn)生彈道虧損。3.9什么是信號的峰堆積和尾堆積？對輸出信號的幅度產(chǎn)生什么影響？引起什么樣的譜形畸變？其它信號尾部或峰部影響信號峰值。影響：增加幅度。引起峰值右移,出現(xiàn)假峰。3.10說明基線起伏的原因。并分析CCD基線恢復(fù)器的工作原理,輸入圖示波形,畫出輸出波形。脈沖通過CR網(wǎng)絡(luò)時,由于電容器上的電荷在放電時間,未能把充電的電荷放光,下一個脈沖到達(dá)時,電容器上的剩余電荷將引起這個新出現(xiàn)的脈沖的基線偏移。輸出波形趨勢線：3.11門控基線恢復(fù)器有什么特點？并聯(lián)型的和串聯(lián)型的有什么區(qū)別？門控基線恢復(fù)器消除了單極性脈沖信號產(chǎn)生的下?lián)粜盘?改善了恢復(fù)器對小間隔信號的非線性,因此有很高的計數(shù)率特性。不同：記憶電容C串聯(lián)或并聯(lián)于信號通道之中。3.12高能量分辨率和高計數(shù)率譜儀放大器是如何來消除峰堆積現(xiàn)象的？加入堆積拒絕電路是否可以使譜儀放大器的計數(shù)率提高很多？為什么？加入堆積拒絕電路來消除不能使計數(shù)率提高很多,但能保證譜型更加明顯,是以犧牲計數(shù)率為代價的。3.13快電壓放大器和快電流放大器各有什么特點？他們和譜儀放大器相比有什么不同？快電壓放大器放大速度比快電流放大器要慢一些,但從穩(wěn)定性來講要好一些,信號匹配方式為并聯(lián)?？祀娏鞣糯笃鞯姆植茧娙莸挠绊戄^小,放大速度可以很快,信號匹配為串聯(lián)?？旆糯笃髋c譜儀放大器并無原則差別,只是在指標(biāo)上有所不同。3.14試分析圖示的快放大節(jié)電路特點。T1為共射極放大,有射極電阻。T2,T3為共集電極射極跟隨器。C為自舉電容。C1相位補償。3.15使用電阻式弱電流放大器要注意些什么問題？縮短測量時間可以減小零點偏移引起的誤差,但是測量時間的減小和靈敏度的提高互相制約。當(dāng)放大器與信號源用屏蔽電纜連接時,由于電纜電容較大,測量時間就會變得很長。第四章4.1在圖的集成電路脈沖幅度甄別器中,若VH=0V,VL=－2.6V,R2=510Ω,R3=5.1Ω,R4=100Ω,求滯后電壓？4.2在圖參考電壓運算器中,若VT=5.00V,VW=0.50V,求非對稱和對稱時的上閾電平、下閾電平、道寬及道中心。非對稱：,道寬道中心對稱：,道寬道中心4.3在一個線性放電型模數(shù)變換器中,若保持電容CH=1500pF,恒定電流I=100μA,時鐘頻率2MHz,若輸入信號幅度為5.00V。求出該模數(shù)變換器的道數(shù)m、道寬和變換系數(shù)。若時鐘頻率為100MHz,其它參量不變,求道數(shù)、道寬和變換系數(shù)及輸出m。T0=1/F,〔1〔2同理,代入F=100mHZ,m=7500,H=0.667mV/道,P=1500道/V4.7下圖是一個實際的模擬展寬器的原理電路圖,試畫出各點波形。4.10脈沖幅度甄別器的功能是什么？脈沖幅度甄別器是將輸入模擬脈沖轉(zhuǎn)換成數(shù)字邏輯脈沖輸出的一種裝置。理想的脈沖幅度甄別器具有以下功能：當(dāng)一個輸入脈沖的幅度超過一定的閾電平時,則輸出一個數(shù)字脈沖,而與輸入脈沖的幅度、上升時間、寬度等參數(shù)無關(guān)。若輸入脈沖的幅度低于給定的閾電平則無輸入脈沖。4.11簡述用集成電路比較器構(gòu)成的脈沖幅度甄別器的工作原理。集成電路脈沖幅度甄別器由電壓比較器接成交流耦合施密特電路而構(gòu)成。脈沖信號接到電壓比較器的反向輸入端,,而同向端加上閾電平VT。比較器的輸出信號經(jīng)過電容反饋到同相端,為正反饋連接方式。平時,甄別器輸出處于高電平,當(dāng)輸入信號的幅度超過與閾電平時,甄別器觸發(fā),輸出電壓跳變,從高電平到低電平,幅度為兩者之差。4.12脈沖幅度甄別器的主要指標(biāo)是什么？主要指標(biāo)：1．輸入靈敏度2．穩(wěn)定性3．漲落或閾模糊區(qū)4．輸出脈沖的幅度、寬度5．甄別閾圍6．速度〔響應(yīng)和恢復(fù)的快慢4.13通常如何解決單道分析器中的定時誤差問題？最直接的辦法是：延遲下甄別器的輸出脈沖,再拉寬上甄別器的輸出脈沖,從而使得作為反符合信號的Vu`可完全禁止下甄別器的Vl`輸出。4.14試畫出單道脈沖幅度分析器的一種結(jié)構(gòu)方框圖,說明原理。4.15單道分析器的主要指標(biāo)是什么？單道主要指標(biāo):1．動態(tài)圍2．線性3．八小時穩(wěn)定性4．溫度系數(shù)5．雙脈沖分辨時間6．最高計數(shù)率7．輸入脈沖要求8．輸出脈沖為正極性4.16單道分析器的主要用途有哪些？單道脈沖幅度分析器每測一個能譜需逐點改變閾值,費時費力,誤差大,但結(jié)構(gòu)簡單,價格便宜?？梢赃x擇感興趣的幅度圍或選一定的能量圍信號作為校正信號,仍有廣泛的應(yīng)用。4.18什么是ADC的道寬？什么是ADC的變換系數(shù)？它們之間有什么關(guān)系？道寬：單位道數(shù)之間的電壓幅度。變換系數(shù)：單位幅度可變換成的道數(shù)二者成倒數(shù)關(guān)系4.26線性放電型ADC和逐次比較型ADC各有什么優(yōu)缺點？線性放電型,電路簡單,道寬一致性好,便于生產(chǎn),但變換時間較大,而且隨著道數(shù)的增多,變換時間也會增加。逐次比較型,變換速度快,易于生產(chǎn),功耗低,價格低,但道寬一致性較差。4.28什么是ADC的零道閾或偏置,有何實際意義？偏置或零道閾是指模數(shù)變換器的零道所對應(yīng)的輸入信號幅度。引入偏置一方面可以節(jié)省存儲區(qū),另一方面可以把感興趣的幅度譜擴大到最大道數(shù)圍進(jìn)行測量,從而提高分辨率。4.29ADC的積分非線性和微分非線性是如何定義的？積分非線性：微分非線性：第五章5.1前沿定時中,若輸入信號前沿為線性變化,達(dá)峰時間tM=2.0ns,最大幅度VM=10V,閾值VT=0.1V。求輸入信號幅度從0.1V變到10V時的定時誤差。,∵∴5.3前沿定時中,設(shè)輸入信號前沿線性增長,上升時間1.0ns,閾值約0.1V。輸入信號上升時間變化為±0.2ns,幅度從0.1V變到10V,求前沿定時誤差。5.4前沿定時中,設(shè)輸入信號為,閾值為VT。如果輸入信號幅度從V1min變到V1max,而時間常數(shù)τ不變,求前沿定時的定時誤差。如果輸入信號幅度V1不變,而時間常數(shù)從τmin變到τmax,求前沿定時的定時誤差。如果輸入信號的幅度和時間常數(shù)同時如〔1.,〔2.中的變化,求前沿定時的定時誤差。1.2.3.5.7設(shè)起停型時幅變換器的充電電容C為200pF,充電電流I=10mA。求起始信號和停止信號之間的時間間隔為50ns時,時幅變換器的輸出幅度為多少伏？∵Δt=50ns∴Vo<t>=<I/C>·Δt=5<V>5.9一個起停型時幅變換器,恒定電流的最大值為8mA,最小充電電容為100pF,最小輸出幅度為0.1V。求這個時幅變換器能測量的最小時間間隔為多少？∵Vo<t>=<I/C>·Δt∴5.11由起停型時幅變換器和多道脈沖幅度分析器組成一個時間多道分析器。時幅變換器中恒定電流I為1mA,變換電容C為100pF,多道脈沖幅度分析器道數(shù)為1000道,最大分析圍為10V。求這個時間多道分析器能測量的最小時間間隔是多少？∵Vmin<t>=1000/10=0.1<V>∴第六章6.1設(shè)有六級十進(jìn)制計數(shù)單元構(gòu)成定標(biāo)器的計數(shù)電路,當(dāng)輸入信號計數(shù)率n=105/s時,第一級十進(jìn)制單元的計數(shù)率損失δ1=1%。求：輸入計數(shù)率n=106/s時的δ1值若第六級十進(jìn)制計數(shù)單元最高計數(shù)率f6max=105Hz,該機的計數(shù)損失δ6為多少？6.2線性率表如下圖所示。在計數(shù)率n=105/s時,輸出電壓相對統(tǒng)計偏差σv/Vo為10%,C1=200pF,R=50k,C=0.02μF。若n減小為102/s,要求保持輸出電壓值和相對統(tǒng)計偏差不變,R值也不變,求出C1和C的數(shù)值。,由于σv,Vo保持不變,n從105/s減小為102/s,∴C=0.02μF×100=20μFC1=0.2μF6.3試說明多道分析器三種基本數(shù)據(jù)獲取方式的特點。畫出PHA,MCS方式簡單的工作流程圖。〔1PHA圖指定道址容加1?！?MCS圖按時間順序測量各段時間間隔的計數(shù),依次把測量結(jié)果存入各個道的存儲單元,如同多個定標(biāo)器在各段時間進(jìn)行計數(shù)測量?！?LIST幅度時間,波形記錄。6.5一個8192道分析器,每道最大計數(shù)容量為106,用每片存儲容量4k×8位存儲器芯片構(gòu)成多道分析器的數(shù)據(jù)存儲器,問至少需要多少片？它需要多少根地址線？6.10多參數(shù)譜數(shù)據(jù)獲取方式與單參數(shù)譜數(shù)據(jù)獲取方式上有何區(qū)別？如何實現(xiàn)多參數(shù)譜數(shù)據(jù)獲取？多參數(shù)譜獲取方式需同時測量多個相關(guān)聯(lián)事件中的多個參量的概率分布。獲取方式主要有三種：事件記錄方式,數(shù)字窗方式,聯(lián)合存貯方式。6.11分布式處理系統(tǒng)有何特點？分布式處理系統(tǒng)的主要特點是子系統(tǒng)中的處理機分擔(dān)了主計算機所必須進(jìn)行的實時處理任務(wù),這就使系統(tǒng)具有更高的工作效率。6.12CAMAC系統(tǒng)由哪些基本