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适用于电子倍增器件的电荷灵敏放大器的设计

张斌婷 闫保军 刘术林 温凯乐 王玉漫 谷建雨 姚文静

张斌婷, 闫保军, 刘术林, 温凯乐, 王玉漫, 谷建雨, 姚文静. 适用于电子倍增器件的电荷灵敏放大器的设计[J]. 红外技术, 2022, 44(8): 792-797.
引用本文: 张斌婷, 闫保军, 刘术林, 温凯乐, 王玉漫, 谷建雨, 姚文静. 适用于电子倍增器件的电荷灵敏放大器的设计[J]. 红外技术, 2022, 44(8): 792-797.
ZHANG Binting, YAN Baojun, LIU Shulin, WEN Kaile, WANG Yuman, GU Jianyu, YAO Wenjing. Design of Charge-Sensitive Amplifiers for Electron Multipliers[J]. Infrared Technology , 2022, 44(8): 792-797.
Citation: ZHANG Binting, YAN Baojun, LIU Shulin, WEN Kaile, WANG Yuman, GU Jianyu, YAO Wenjing. Design of Charge-Sensitive Amplifiers for Electron Multipliers[J]. Infrared Technology , 2022, 44(8): 792-797.

适用于电子倍增器件的电荷灵敏放大器的设计

基金项目: 

国家自然科学基金面上项目 11675278

国家自然科学基金面上项目 11975017

国家自然科学基金重点项目 11535014

核探测与核电子学国家重点实验室资助项目 SKLPDE-ZZ-202015

核探测与核电子学国家重点实验室资助项目 SKLPDE-ZZ-202102

详细信息
    作者简介:

    张斌婷(1996-),女,博士研究生,粒子物理与原子核物理。E-mail: zhangbt@ihep.ac.cn

    通讯作者:

    闫保军(1985-),男,博士,副研究员,主要从事电子倍增器探测技术方面的研究。E-mail: yanbj@ihep.ac.cn

  • 中图分类号: O4

Design of Charge-Sensitive Amplifiers for Electron Multipliers

  • 摘要: 介绍了一种自主研制的新型电荷灵敏型三级放大器,其电路设计主要采用ADA4817高速低噪声集成运算放大芯片,该三级放大器噪声低、稳定性好、电路结构简单、性价比高、检修更换方便,可以不失真地放大上升时间在ns级的信号,放大器输出信号质量优异,可配合后续的多道分析器MCA8000D读取微通道板(microchannel plate,MCP)组件或单通道电子倍增器(single-channel electron multiplier,CEM)的单光电子谱,测试结果表明:自主设计的ADA4817型放大器在一定的方波标定脉冲信号下,其基线的宽度小于2 mV,上升沿时间约为800 ns,幅值约为40 mV,性能接近或略优于A250型放大器,可以更好地配合后续的多道分析器MCA8000D进行输出波形的分析和处理,完全满足MCP或CEM探测器的脉冲性能测试需求。
  • 图  1  电荷灵敏放大电路图

    Figure  1.  Diagram of charge sensitive amplifier circuit

    图  2  三级输出电路原理

    Figure  2.  Schematic diagram of three-level output design circuit

    图  3  三级放大电路模拟原理

    Figure  3.  Three-stage amplifier circuit simulation schematic

    图  4  模拟结果

    Figure  4.  Results of the simulation

    图  5  测试结果

    Figure  5.  Results of the test

    图  6  MCP装配图

    Figure  6.  Assembly diagram of MCP

    图  7  CEM实物

    Figure  7.  A photo of CEM

    图  8  单光电子谱测试原理

    Figure  8.  Test schematic diagram of single electron spectrum

    图  9  经放大器后的累积波形

    Figure  9.  Cumulative waveform after amplifier

    图  10  脉冲高度分布对比图

    Figure  10.  Contrast diagram of pulse height distribution

    图  11  输出信号电荷谱

    Figure  11.  Charge spectrum of output signal

    图  12  CEM增益随电压变化图

    Figure  12.  Diagram of gain as a function of voltage of CEM

    表  1  放大器参数对比结果

    Table  1.   Comparison results of amplifier parameters

    Type Rising edge time/ns Amplitude/mV Baseline width/mV
    ADA4817 ~800 ~40 < 2
    A250 ~500 ~100 < 2
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出版历程
  • 收稿日期:  2021-07-05
  • 修回日期:  2021-08-10
  • 刊出日期:  2022-08-20

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