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A225 电荷灵敏前置放大器和整形放大器

A225 型是一款高性能薄膜混合电荷灵敏前置放大器和整形放大器,专为在脉冲高度分析或 A/D 操作模式下使用固态探测器、比例计数器、光电倍增管和其他电荷生成探测器的高分辨率系统而开发。

实验室和商业应用包括:便携式仪器;核监测;粒子、X 射线和伽马检测;成像;航空航天;科研实验;医疗和核电子;光电系统。

特点

  • 超低噪声,< 280 个电子有效值
  • 工作温度为 -55 到 +125 ºC
  • 小尺寸(14 引脚混合 DIP)可安装在探测器附近。
  • 超低功耗(低至 10 mW)
  • 宽范围单电源电压(+4 至 +25 VDC)
  • 极零相消(内部)
  • 有两个输出(定时脉冲和整形单极)
  • 高可靠性筛选
  • 一年质保

a225 电荷灵敏前置放大器和整形放大器

a225 电荷灵敏前置放大器和整形放大器
A225 典型应用
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  • 规格参数 +


    规格(Vs = +5 V,T = 25 ºC,R负载 = 10 K)

    输入特性

    灵敏度 240 mV/Mev (Si)
    300 mV/Mev (Ge)
    195 mV/Mev (CdTe)
    206 mV/Mev (HgI2)
    5.2 x 1012 V/库仑
    0.83 µV/电子
    噪声 2.5 KeV FWHM (Si)
    2.0 KeV FWHM (Ge)
    3.1 KeV FWHM (CdTe)
    2.9 KeV FWHM (HgI2)
    4.5 x 10-17 库仑有效值
    280 个电子有效值
    噪声斜率 50 eV/pF (Si)
    40 eV/pF (Ge)
    62 eV/pF (CdTe)
    58 eV/pF (HgI2)
    9 x 10-19 库仑/pF
    5.6 电子/pF
    动态输入电容 > 7,000 pF
    极性 负极
    探测器电容 高达 1,000 pF

    输出特性

    整形放大器(引脚 8)

    极性
    峰值时间 2.4 µs
    脉冲宽度 3.5 µs FWHM
    积分非线性 0 至 10V 输出脉冲 < 0.04%
    零极点补偿 内部
    动态范围 (Vs ‐ 1.25)伏
    直流电平 标称 0.8 V

    定时脉冲(引脚 12)

    极性
    灵敏度 44 mV/Mev (Si)
    55 mV/Mev (Ge)
    1.0 V/皮库仑
    上升时间 18 ns(空载)

    通用

    工作电压 Vs = +4 至 +25 VDC
    工作电流 2.3 mA,独立于 Vs
    灵敏度随电源电压的变化 < 0.07% /伏,4 至 10 伏
    < 0.005% /伏,10 至 25 伏
    温度 -55 至 +125 ºC 工作温度
    温度稳定性 在 25 ºC 时通常为 0.02%/ºC
    ±在 -25 至 +75 ºC 之间为 2%
    筛选 高可靠性
    平均故障间隔时间(MTBF) 2.3/106  小时 @ +60 °C
    封装 14 引脚混合 DIP(金属)或高密度 SIP,如 A225F 型号
    保修 一年
    测试板 PC-25

    A225 密封性好、尺寸小,非常适合在太空或真空室中使用。在此类应用中,应注意避免在输入端附近放电,否则可能损坏设备并无法保修。在焊接引线上要小心 ‐ 避免过热。

    对于实验室用途,A225 可安装在其 PC-25 测试板上(见下文),并封装在一个带有适当电缆接头的小金属盒中。应在输入端添加一个高压耦合电容,并在金属盒上钻一个小孔以便螺丝刀调节增益电位器。

    引脚配置

    引脚 1 输入
    引脚 2 外壳
    引脚 3 无连接
    引脚 4 输入接地和外壳
    引脚 5 输出接地
    引脚 6 无连接
    引脚 7 无连接
    引脚 8 输出
    引脚 9 外壳
    引脚 10 无连接
    引脚 11 Vs = +4 至 +25 VDC
    引脚 12 定时脉冲
    引脚 13 无连接
    引脚 14 补偿(请参阅下面的操作说明)
  • 操作说明 +


    电路设计

    由于 A225 具有高灵敏度和超低噪声,因此在电路布局时应小心操作。PC-25 测试板可用作适当布局的一个例子。一般情况下,建议使用接地层结构。输入和输出线应尽量分开,在大多数情况下都需要屏蔽。应特别注意探测器的接地连接,避免由于反馈而引起振荡。电源电压在内部去耦。虽然这通常已足够,但在某些应用程序中,外部旁路可能会很有用。

    为了在某些应用中尽量减少噪声,有两个单独的接地连接。引脚 4 是输入级的接地连接,也连接到外壳。引脚 5 是电路其余部分的接地连接。在大多数应用中,引脚 4 和 5 以及引脚 2、3、6、7、9、10 和 13 可以连接到同一接地端(最好是装置下方的接地层)。

    A225 也可用于探测器输入为正的应用,方法是将引脚 5(输出接地)连接到负电源电压而不是接地端。此电压范围为 0 至 -10 V。引脚 8 处的负输出脉冲将由正输入产生。在这种情况下,动态范围将比引脚 5 大 0.5 伏左右。例如,如果引脚 5 在 -5 伏下工作,则可获得高达 5.5 伏振幅的负脉冲。此操作模式将使工作电流增加。A225 在此模式下未经测试,用户应验证关键参数。

    电源

    虽然给出了 +5 V 工作电压规格,但 A225 的特性一般不受电源电压在 +4 至 +25 VDC 区间内波动的影响。对特定应用至关重要的参数应在实际工作电压下进行检查。

    输入

    为了将噪声降至最低,A225 输入(引脚 1)没有设内部保护。通过将两个背对背二极管连接到接地,可以在引脚 1 上构建外部保护。

    典型保护电路

    图 4.A225 的保护电路。

    注意:输入保护电路对探测器和偏压网络中产生的瞬变所提供的保护有限。任何能够提供绝对保护的电路都会导致抗噪性能严重下降。因此,在使用任何带有高压探测器的前置放大器时都必须格外小心。具体而言,导致损坏的原因有探测器击穿、高压耦合电容器或其他组件击穿、探测器偏压过快上升或下降、或者在施加偏压的情况下在输入端添加了未充电电容。

    在某些应用中,由于增强保护所导致的更高噪声水平被证明是可以接受的。在这种情况下,可以将一个电阻与输入串联 ‐ 通常几百欧姆就足够了。

    测试电路

    通过使用小型电容器(通常为 1 到 2 pF)将测试电荷注入输入,可借助脉冲发生器对 A225 进行测试。该装置将在测试脉冲的下降沿作出响应,其过渡时间应小于 20 ns。此下降沿后面应为相对平坦的波形部分,以便它显示为阶跃函数。例如,方波是一个很好的测试波形。(将方波频率保持在足够低的水平,这样可以忽略对上升沿作出的响应。)另外,也可以使用“锯齿”波或下降时间较长(> 100 µs)的拖尾脉冲。到输入的电荷根据 Q = Ct · V 进行转移,其中 Q = 总电荷,Ct = 测试电容器的值,V = 电压阶跃幅度。请勿直接或经由大电容器(> 100 pF)将测试脉冲发生器连接到输入端,因为这样会在输入 FET 中产生大电流并导致不可逆的损坏。

    典型测试电路

    A225 测试电路

    负向脉冲
    上升时间 < 20 ns,下降时间 > 10 µs 或方波。
    振幅:22 mV = 1 MeV (Si)

    例如:模拟硅探测器中的 1 MeV:

    1 MeV (Si) = 0.044 pC
    Ct = 2 pF
    V = Q / Ct = 0.044 pC / 2 pF = 22 mV
    即进入 2 pF 测试电容的 22 mV 阶跃可模拟硅中的 1 MeV。

    输出

    引脚 8

    A225 的整形放大器会在引脚 8 处产生一个单极性脉冲,适用于高分辨率、高速率脉冲高度分析。此输出的交流阻抗约为 30 欧姆,可驱动 1 千欧负载以及几英尺长的未端接电缆。在需要高线性的应用中,负载电阻应大于 5 千欧。此输出具有大约 0.8 V 的静态直流输出电平(或基线)。在大多数应用中,脉冲应与外部电路进行电容耦合。

    引脚 12

    引脚 12 处的输出是一个定时脉冲,空载上升时间约为 20 ns,下降时间为 2.8 µs,能够驱动 500 欧姆的负载。此输出的线性特性与引脚 8 处的整形输出大致相同。将此引脚接地可能会损坏装置。

    补偿

    A225 内部经过优化,探测器电容可高达约 50 pF。在探测器电容较大且需要短定时脉冲上升时间的应用中,可在引脚 14 和接地之间连接一个 0 至 250 pF 的补偿电容。具体值应在探测器连接到输入的情况下通过实验确定。请注意,如果未使用定时脉冲或对其上升时间没有要求,则通常不需要此补偿。

    双极性脉冲

    在需要双极性脉冲的应用中,可以用 RC 微分器对单极性输出进行微分。时间常数应约为 1.8 µs,建议值为:C = 1 nF,R = 1.8 千欧。在大多数情况下,应缓冲此脉冲以驱动后续电路。

    A225 过载特性

    A225 可以在高电源电压(Vs = +25 VDC)下工作,以最大化动态范围,从而最大程度地减少过载条件。此外,引脚 5 可以连接至高达 -2 VDC 的负电源,以进一步缩短过载恢复时间。

    A225 可分析高达 100 MeV(Si)或 500 皮库仑,而不会使装置过载,从而实现 40,000 的动态范围。

    A225 的 X10 过载特性包括:< 20 µs @ Vs = +25 VDC 和 < 40 µs @ Vs = +5 VDC。

    探测器信号为正时的 A225/A206 逆变器

    A225 可调灵敏度

    添加以下外部网络可能降低 A225 的灵敏度:

    例如:C=10 pF;R=300 千欧将使灵敏度降低 10 倍。必须根据具体探测器负载调整 R,以使输出脉冲不会发生过冲。

    重要提示:引脚 1 和接地之间必须存在一个等效的探测器负载(通常为 150-200 pF),以稳定回路并减少输出脉冲上的高频振荡。

    A225 输入和输出保护

    本说明作为 A225 的使用指南,旨在防止由于输入或输出电路过载而造成损坏。

    输入保护

    输入保护如上所述。请仔细阅读该部分。A225 输入直接连接到敏感场效应晶体管(FET)的栅极。通常,探测器电路中的任何较大、快速电压变化都会导致输入电流过大,必须加以避免。这种瞬变可能是由探测器或耦合或滤波电容器的击穿引起。此外,过快地升高或降低探测器偏压也会导致同样的结果。为确保装置安全运行,请遵循以下步骤。

    1. 检查电路是否存在潜在的击穿问题,例如电容器或探测器额定电压不足等问题,并检查可能发生电晕放电或直接短路的区域。
    2. 确保缓慢施加探测器偏压,使过大的电流不会流经耦合电容器并进入输入端。这可以通过使用具有足够大的时间常数的滤波器来实现。
    3. 如果噪声允许,请在输入端使用保护网络,如上所述。使用快速、低电容二极管。Siliconix PAD-1 二极管是一种作为二极管连接的 JFET,在这种应用中效果很好。如果可能,请使用串联电阻。
    4. 为了尽量减少在发生击穿时输入端的能量消耗,请勿使用比规定值大很多的耦合电容。在大多数应用中,1 nF 就已足够。

    输出保护

    为了最大限度地提高脉冲驱动能力,A225 的输出电流不受限制。这通常不会导致问题,因为在发生短路或驱动低阻抗负载(如端接 50 欧姆线路)时,外部电容耦合可保护输出级免受过大电流的影响。这种电容耦合通常必须在 A225 和后续电路之间使用,以从输出信号中去除直流分量。对地短路或连接至电路的低阻抗节点可能会损坏 A225 输出端。以下准则有助于防止此类损坏发生。

    1. 将输出耦合电容器放置在靠近引脚 8 的位置,这样在发生意外短路的情况下直接输出几乎不受影响。
    2. 如果要使用不带电容耦合的直接输出,请在靠近引脚 8 处将一个 100 欧姆电阻与输出串联放置。这样可以防止在短路情况下造成损坏。
    3. 如果直接连接到引脚 8(例如,使用示波器查看直接输出),应注意避免短路。
    4. 使用 PC-25 时,可在接线柱(“输出”)上直接输出。应注意防止短路,并应使用电容耦合连接外部电路。
  • PC25 测试板 +


    用于 A225/A206 的 测试板PC-25

    PC-25 是一种印刷电路板,可连接 A225 电荷灵敏前置放大器和整形放大器以及 A206 电压放大器和鉴别器。它设计用于两个目的:方便同时或单独测试这些设备,以及简化它们在许多应用中的使用方式。该测试板提供了输入测试电路、增益调整、A206 参考电压,并可轻松访问所有有源器件引脚。接地层结构最大限度地减少了噪声干扰。

    PC-25 测试板2.625 英寸 x 1.750 英寸(6.67 厘米 x 4.45 厘米)

    PC25 测试板接线图

    用于 A225 和 A206 的 PC25 测试板接线图

    PC25 操作说明

    A225
    1)     测试 A225:只需将电源(+4 至 +25 VDC)连接到“VS”并将方波连接到“TEST IN”即可测试 A225。  请参阅 A225 操作说明。  不要将脉冲发生器直接连接到“IN”接线柱上。
    2)     探测器连接:“DET”接线柱为探测器及其偏压网络提供了接点。  必须在该点和“IN”接线柱之间连接一个具有适当额定电压的耦合电容器“C”,如图所示。  如图所示,可以在“DET”和“HV”之间连接一个偏压电阻“R”。  这样,探测器偏压将施加到“HV”上。  请注意,A225 引脚 1 上的“IN”接线柱必须始终进行电容耦合,并且只能用于连接测试板外部的探测器偏压网络。
    3)     正输入:跳线 JP1 为 A225 引脚 5(输出接地),并通过跳线连接到接地层。  要接收正输入,请移除跳线并将此点连接到负电源。  请参阅 A225 操作说明。
    4)     接地:在某些应用中,需要将 A225 的输入和输出接地分开。  为此,请拔下跳线并使用“JP1”进行输出接地连接。请参阅 A225 操作说明。
    带 A206 的 A225
    1)     增益控制:A206 输入应连接到用于衰减 A225 输出的电位器 R5。
    2)     双极性脉冲:A206 输入(引脚 16)串联有一个跳线。  对于双极性输出,请将此跳线更换为电容 CD(约 20 pF)。  该值可通过实验进行调整,以获得特定系统的最大信噪比。  在引脚 3 和接地之间还需要连接一个 330 千欧的电阻,以向电压放大器重新施加偏压并进行双极性操作。
    3)     接地:A225 和 A206 的接地层连接在三个位置。  如果需要分开接地,可通过切断这些线来将它们分开。
    4)     电源:         如果只使用 A225 而不使用 A206,则 VS = +4 至 +25 VDC。
    如果同时使用 A225 和 A206,则 VS = +10 至 +18 VDC。

  • 典型波形 +


    A225/A206 高分辨率系统和典型波形

  • 应用 +


    将 A225 连接到固态探测器

    将 A225 连接到比例计数器

    使用 A275BLR1 恢复 A225 的基线

  • 机械 +


  • 文档 +