13.27. Пример схемы: предусилитель для фотоумножителя

В гл. 15 будут рассмотрены так называемые фотоэлектронные умножители (ФЭУ), устройства, широко используемые в качестве детекторов света, сочетающих высокую чувствительность с высоким быстродействием. Фотоумножители находят применение и там, где измеряется не собственно световое излучение, как, например, в качестве детекторов частиц высоких энергий, в которых кристалл сцинтиллятора при бомбардировке его частицами дает световые вспышки. Чтобы полностью использовать все возможности фотоумножителей, необходим зарядово-чувствительный быстродействующий дискриминатор - схема, которая генерирует выходной импульс при условии, что импульс заряда на входе превышает некоторый порог, соответствующий детектируемым световым фотонам.

На рис. 13.60 приведена схема быстродействующего предусилителя для фотоумножителя и дискриминатора, в которую входит ряд высокочастотных и переключательных устройств, обсуждаемых в этой главе. На выходе фотоумножитель выдает отрицательные импульсы зарядов (электроны отрицательны), причем длительность каждого импульса равна . Импульсы большой амплитуды соответствуют детектируемым фотонам (квантам света), но имеется также и множество малых импульсов, которые возникают из-за шумов в самой фотоумножительной трубке и которые возникают должны отсекаться дискриминатором.

Описание схемы.

Схема начинается с инвертирующего выходного усилителя (), у которого обратная связь по току (и заряду) осуществляется через . Входной повторитель имеет малое выходное сопротивление и возбуждает (каскад усиления по напряжению), тем самым снижается влияние емкости обратной связи . Повторитель на выходе блока усиления обеспечивает низкое выходное сопротивление, а - достаточное значение коэффициента усиления. Небольшой положительный импульс на эмиттере соответствует отрицательному заряду, поступившему на вход с ФЭУ; обратня связь по постоянному току стабилизирует выход примерно на уровне . смещен как эмиттерный повторитель класса А и обеспечивает низкоомный «мониторный» выход для наблюдения усиленных импульсов с фотоумножителя, поступающих на дискриминатор.

Дифференциальный усилитель на образует дискриминатор: порог сравнения устанавливается потенциометром , подключенным к источнику опорного напряжения , работающий в режиме «диодного , которое изменяется одинаково с входным напряжением покоя усилителя. Такое «слежение» за диодным падением напряжения обеспечивается за счет того, что транзисторы ТА-ТЕ представляют собой монолитную транзисторную матрицу и все находятся при одной температуре. Транзистор вместе с образуют инверсную каскодную схему, обеспечивающую необходимые быстродействие и сдвиг уровня. Два каскада выходных повторителей, построенные на транзисторах с противоположной полярностью , чтобы компенсировать смещение завершают схему.

В этой схеме следует отметить некоторые интересные особенности.

(см. оригинал)

Рис. 13.60. Быстродействующий зарядный усилитель для счета фотонов на фотоумножителе. Входная цепь должна иметь внешнюю «паразитную» емкость по крайней мере для низкоемкостных входов используют при емкостях источника, достигающих , используют для от 1,0 до . Фотонный дискриминатор (используется для ФЭУ с высоким усилением); выход для ТТЛ: импульсы Ом; порог , регулируемый; задержка , разрешение двух импульсов при перегрузке.

Рис. 13.61. Характеристика импульсов усилителя на рис. 13.60.

Чтобы получить хорошие характеристики по быстродействию, статические токи транзисторов выбираются сравнительно большими (дифференциальная пара имеет эмиттерный ток , ток покоя равен , а выходной транзистор потребляет , чтобы обеспечить возбуждение нагрузки в 50 Ом). Заметим, что база каскодного каскада шунтирована на , а не на землю, так как его входной сигнал связан с через . В дифференциальном каскаде в качестве источника эмиттерного тока используется токовое зеркало, «отражающее» ток опорного источника, что позволяет согласовать эти параметры схемы. Для снятия перегрузок используются . Хотя это и усложнит схему, ограничивающий диод можно подключить к коллектору ТЕ (вместо земли), чтобы уменьшить отрицательные выбросы на входе.

Характеристики.

На рис. 13.61 показана форма выходных импульсов и зависимость их длительности от величины входных импульсов (измеряемой как количество заряда). Эти выходные импульсы растягиваются при больших перегрузках, но общие характеристики достаточно хороши по сравнению с обычными предусилителями для фотоумножителей.