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A111 电荷灵敏前置放大器和鉴别器

A111 型是一种混合电荷灵敏前置放大器、鉴别器和脉冲整形器,专为在脉冲计数模式下使用微通道板(MCP)、通道电子倍增器(CEM)、光电倍增器、比例计数器和其他低电容电荷生成探测器的系统而开发。实验室和商业应用包括航空航天和便携式仪器、质谱仪、粒子检测、成像、实验室和科研实验、医疗电子和光电系统。

特点

  • 小尺寸(TO-8 封装)可安装在探测器附近。(A111F 型号有 6 引脚 SIP)
  • 所需功率通常为 6 毫瓦。
  • 单电源电压。
  • 输出直接与 CMOS 和 TTL 逻辑相连。
  • 输入阈值可从外部调节。
  • 模拟监控点。
  • 高可靠性处理。
  • 一年质保。

 

A111 电荷灵敏前置放大器

 

典型的粒子计数系统

  • 规格参数 +


    输入特性

    Vs = +5 V,T = +25 °C

    阈值 A111 型的标称阈值为 8 x 10-15 库仑输入。这相当于 5 x 104 个电子。阈值可以通过在引脚 7 和 8 之间添加一个电阻来增加。将这些引脚短接最大的增加幅度(约 10 倍)。参见下面的图 1“阈值与电阻之间的关系”。
    稳定性 +5%,+25 ºC 阈值的 -2%,0 到 +50 ºC
    阈值电源电压系数 -0.8%/V 典型值
    噪声(典型值) 4.4 x 10-16 库仑 RMS;标称阈值的 5.5%
    噪声斜率(典型值) 9 x 10-17 库仑 RMS/pF
    探测器电容 0 至 250 pF
    保护 300 欧姆电阻器串联,输入后接背对背二极管接地

    输出特性

    1)引脚 5 提供了正输出脉冲,能够直接与 CMOS 和其他逻辑连接。请参阅《操作说明》。

    2)引脚 7 提供了来自鉴别器之前的前置放大器部分的正模拟脉冲输出,其上升时间约为 100 ns。在最大灵敏度(引脚 7 和 8 之间无反馈电阻)时,此脉冲的振幅与输入电荷成正比,A = 2.5 V/pC。在阈值时,这将对应于 20 mV 脉冲。如果在引脚 7 和 8 之间使用反馈电阻器,则模拟脉冲的大小将除以反馈电阻器产生的相同阈值衰减系数。例如:如果使用 3 千欧反馈电阻,则模拟脉冲的大小将为 1 V/pC。此输出必须与外部电路进行电容耦合,并可用于执行脉冲高度分析。但是,接近阈值时,模拟脉冲的形状将受到鉴别器的激发的影响。

    上升时间 25 ns
    下降时间 C负载 = 5 pF 时为 220 ns;C负载 = 5 pF 和 R负载 = 2 千欧时为 90 ns
    宽度 阈值时为 260 ns,10 倍阈值时为 310 ns,其中 C负载 = 5 pF
    幅度 4.7 伏(约为 Vs 的 95%)
    保护 二极管接地和 Vs

    通用

    计数率 周期性 2.5 x 106 CPS。
    脉冲对分辨率 1)正常:350 ns;两个相同的 10 倍阈值脉冲。
    2)过载:800 ns;100 倍阈值,然后是 10 倍阈值。
    工作电压 +4 至 +10 VDC。
    工作电流(典型值) 1.3 mA 静态。
    1.4 mA @ 105 CPS。
    1.9 mA @ 106 CPS
    工作电流本质上独立于 Vs。
    温度 -55 至 +85 ºC 工作温度。
    筛选 Amptek 高可靠性
    平均故障间隔时间(MTBF) 0.05/106 小时 @ +125 °C/选项 1+
    0.1/106 小时 @ +125 °C/标准
    保修 一年。
    重量 2.5 g
    封装 12 引脚 TO-8 外壳。(有 6 引脚 SIP,如 A111F 型号)
    配件 PC21 测试板

    A111 密封性好、尺寸小,非常适合在真空室中使用。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。

    引脚配置

    从顶部看逆时针方向。

    引脚 1 接地和外壳
    引脚 2 Vs(+4 至 +10 VDC)
    引脚 3 接地和外壳
    引脚 4 接地和外壳
    引脚 5 输出
    引脚 6 接地和外壳
    引脚 7 模拟监控
    引脚 7、8 阈值调整
    引脚 9 无连接
    引脚 10 接地和外壳
    引脚 11 接地和外壳
    引脚 12 输入

    连接图

    A111 25 倍阈值时的典型波形

    水平刻度: 200 ns/格
    顶图: 通过 2 pF 电容的输入测试脉冲。A111 在测试脉冲的上升时间内作出响应。
    垂直刻度:100 mV /格
    中图: 模拟脉冲,引脚 7
    垂直刻度:0.5 V /格
    底图: 鉴别器输出,引脚 5,在 Vs = +5V 下驱动 1 千欧负载
    垂直刻度:2 V /格
    图 1 ‐ 阈值与电阻之间的关系
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  • 操作说明 +


    电路设计

    由于 A111 的灵敏度很高,因此需仔细设计电路布局。一般情况下,建议使用接地层结构,所有接地引脚(1、3、4、6、10、11 和 9)均连接到此层。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,避免由于反馈而产生多次脉冲和振荡。电源电压内部去耦,可防止 A111 对高达 100 mV 振幅的电源线瞬变作出响应。虽然这通常已足够,但在某些应用程序中,外部旁路(通常为 10 nF )可能会很有用。PC21 可用作合适布局设计的一个例子。

    电源

    虽然给出了 +5 V 工作电压规格,但 A111 的特性一般不受电源电压在 4 到 10V 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

    A111 有一个包括耦合电容器的内部输入保护网络,如下所示。但是,它无法对通过输入的高压放电提供充分的保护。

    应牢记两个注意事项:

    1. 探测器阳极通常应通过具有适当额定电压的电容与引脚 12 进行电容耦合,以便在工作条件下不会被击穿。在某些应用中,探测器阴极在负电位下工作,阳极可直接连接到引脚 12。

    2.打开探测器偏压时,探测器的高电压上升速度应足够慢,以防止大型瞬态电流通过耦合电容进入输入。这一点通常由具有适当额定电压的组件的高压 RC 滤波网络提供保障。

    一般而言,应避免任何电路部分出现高压放电。

    例如:

    通常 R1、R2 > 1 M
    R3 可选附加保护用于限制输入电流,通常小于 1 k

    A111 将对 8 x 10-15 库仑或更高的负脉冲作出响应。阈值可以通过在引脚 7 和 8 之间连接一个电阻来增加。规格参数下的图 1“阈值与电阻之间的关系”给出了近似值。

    此设备针对负输入脉冲进行了优化,它将对大于负阈值约 2 倍的正输入脉冲作出响应。由于此处提供的规格适用于负输入,因此用户应测量任何正输入应用的所有相关工作特性。

    通过使用小电容(通常为 1 或 2 pF)将测试电荷注入输入,可借助脉冲发生器对 A111 进行测试。该装置将在测试脉冲的下降沿触发,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。(当使用方波时,应注意装置在振幅超过 2 倍阈值时也会对上升沿作出响应。)另外,也可以使用“锯齿”波或下降时间较长(> 1 µs)的拖尾脉冲。

    典型测试电路

    上升时间:< 20 ns(下降沿)
    振幅:500 mV/皮库仑;标称阈值时为 4 mV。

    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,因为这样会在输入晶体管中产生大电流并导致不可逆的损坏。

    输出

    A111 的输出电路是一个具有 6 千欧集电极接地负载的 PNP 晶体管:

    此电路直接驱动 CMOS 输入,具有宽电压摆动,因此具有出色的抗噪性。高值(6 千欧)负载电阻可在关键应用中最大程度地减少内部接地电流和功耗。在负载电容较大且高计数率性能非常重要的应用中,在引脚 5 到接地之间添加一个外部电阻 Rx 将缩短输出脉冲的下降时间。负载电容 10 至 50 pF 的典型电阻值为 2 千欧。在牺牲脉冲振幅的情况下,可以驱动低阻抗电路,例如端接同轴电缆。例如,端接的 50 欧姆电缆可以以 1.4 V(Vs = 5 V)的脉冲振幅驱动。

    要将 A111 直接与 TTL 连接,必须选择一个 Rx 值来吸收 TTL 设备所需的低电平输入电流。例如,对于要求在 0.4 V 时 Iin = 0.4 mA 的低功耗设备,与 6 千欧并联的最大 Rx 为 1 千欧。对于需要吸收 2 mA 以上电流的器件,建议在 A111 和输入之间采用反相 NPN 晶体管连接。

    A111 线路驱动器

    其他阈值调整

    A)增加 A111 的阈值:

    如图所示,通过通过短接引脚7和8的 RC 反馈电路可将 A111 的阈值增加到 10 倍以上。

    撇开装置之间的差异,鉴别水平如下:

      1. 引脚 7 和 8 短路将导致标称阈值增加 10 倍:(5 x 104 个电子)x 10 = 5 x 105 个电子。
      2. 引脚 7 和 8 短路,外加反馈:
    R = 50 k  C = 2.2 pF  :  17xR = 20 k  C = 3.3 pF  :  23xR =  5 k  C = 4.7 pF  :  40xR =  2 k  C = 6.8 pF  :  88x
      可通过调整 R 值获得中间值

    B)降低 A111 的阈值:

    通过在引脚 8 和接地之间添加一个电阻,可以将 A111 的阈值降低到标称 5 x 104 个电子以下。一个 300 欧姆电阻将使灵敏度增加一倍左右,从而产生 2.5 x 104 个电子的阈值。

  • PC-21 测试板 +


    用于 A111 和 A111F 的 PC21 测试板

    PC21 是一种印刷电路板,旨在方便 A-111 或 A-111F 的测试。除了测试电路外,它还提供了与探测器配合使用的组件位置。接地设计最大程度地减少了外部噪声。

    尺寸:1.75 英寸 X 1.75 英寸(4.45 厘米 X 4.45 厘米)

    输入
    IN 探测器输入;A-111F 的引脚 12、引脚 1(应与高压电容器交流耦合)。
    DET 提供了连接探测器和输入电容器的接线柱
    TEST IN 规格参数中所述测试电路的输入
    Vs 引脚 2(引脚 5 A-111F);电源电压(+4 至 +18 VDC)。
    HV 提供了通过搭载一个电阻将探测器连接至高压电源的接线柱。
    输出
    OUT 引脚 5(引脚 6 A-111F
    A OUT 引脚 7(引脚 4 A-111F
    组件
    C1、C2、C3 滤波电容器(1 uf、4.7 uf、0.1 uf)
    Ct 测试电容(2 pF)
    Ro 测试脉冲终端电阻(50 欧姆)
    Rx 外部负载电阻(请参阅规格参数)
    Rt 阈值调整电阻
    R 探测器偏压电阻(用户自备)
    C 探测器耦合电容(H.V.)(用户自备)
  • 应用 +


    连接到多个 A111 的微通道板(MCP)阵列

    将光电倍增管连接到 A111

    将通道电子倍增器连接到 A111

  • 机械 +


    机械图

  • 文档 +