PMT基础知识之三(分压器设计)

光电倍增管基础知识之三

(分压器设计)

1基本原则：

合理设计分压器对正确使用光电倍增管是非常重要的，不恰当的分压器会引起管子的分辨率，线性和稳定性变化。分压器的设计应根据对管子的要求（最佳信噪比，高增益，大电流输出等）来考虑。光电倍增管的分压器可细分为三个部分：前级（阴极—第一倍增极），中间级，末级。

A 阴极—第一倍增极

维持阴极与第一倍增极之间具有适当高的电场是很重要的。前级电压的分配是由电子收集效率，第一倍增极二次电子发射系数和时间特性，信噪比决定的，应用于能谱分析的光电倍增管前级电压应从脉冲幅度分辨率或噪声这些参数来确定。

B 中间倍增极

中间倍增极的电压可根据需要的增益来选择。在某些场合，希望降低管子的增益而不改变总电压，简单方法是调节中间倍增极之间的电位来达到（在一定范围内是适用的）中间倍增极一般采用均匀分压器，但对聚焦型结构（直线聚焦结构）。前面几个倍增极之间的电压，对脉冲幅度分辨率和时间特性等参数仍有相当大的影响，应仔细挑选。

C 末级倍增极

末级倍增极分压器由输出线性决定。在一些应用中（如高能物理）有强的脉冲信号输出，为了降低空间电荷效应，在电荷密度较高的后几个倍增极和阳极上所加电压应适当的提高，增加后几个倍增极和阳极的电位梯度，基本这种考虑，一般采用锥形分压器（图13）。

为了避免在最后几个倍增极由于信号脉冲电流过大而影响倍增极电位分布，往往需要在最后若干个倍增极接上去耦电容（脉冲信号型分压器）电容值依赖于输出电荷。如果线性要求优于10%，电容的取值要达到每个脉冲的输出电荷的至少100倍，即

V

It

C 100

这里I 为峰值输出电流（安培）t 为脉冲宽度（秒）V 是电容上所加的电压（伏）。

图13基本分压器电路图

2通用分压器

A直流（DC）输出型

A

K

图14直流工作分压器回路

B脉冲信号型

如图(15)所示，在最后几个倍增极上接上去耦电容，在脉冲期间，补充光电倍增管电荷，以抑制末极倍增极和阳极的电压下降，而大大改善脉冲信号的线性。

A

K C L

图15脉冲信号型分压器回路

C时间型

-HV信号

H3284分压器

快速响应分压器电路图

3典型分压器

3.1高线性(大电流) 输出分压器电路

A 递增型(锥型分压器)

HV

R R R R R 2R 3R

2.5R

R L

A K

D 1

D 2

D 3

D 4

D n-3

D n-2

D n-1

D n

C n-3C n-2C n-1C n

C L

图17递增型(锥型分压器)回路

图18采用锥形分压器的线性

B稳压管分压器

HV R 1R2R3R4R n-3R n-2R n-1R n

R L

A

K

D1D2D3D4D n-3D n-2D n-1D n

图19齐纳二极管分压器)回路

如图(19)所示。在前级和未极二级把分压器电阻改用齐纳二极管，不管阴极--阳极间加的电压大小，都能维持电极电压一定而能使光电倍增管稳定工作，并能取得最大输出线性。

C倍压整流分压器

图20a所示的回路里串联二极管，每个接点各例串联一个电容(倍压整流)。这种兼有电源的分压器回路，具有高输出线性外还具有小型、低功耗。

图20a用多个整流器构成的直流分压器回路

图20b 高输出直流线性

D 晶体管分压器

在闪烁计数应用里，当光电倍增管用在高计数率时，常发生输出线性问题。在这种场合，可用晶体管来代替分压器电阻。这种由分压器电阻引起的输出线性降低可得到改善。

图21晶体管分压器回路

3.3减少震荡分压器

在快速(10ns 以下)应用场合，可采用下图(22 )所示,最后二级倍增极接上阻尼电阻 R n ＋1R n ＋2(10～100Ω) 可以减轻震荡如图( 23)

HV

R 1

R 2

R 3

R n-3

R n-2

R n-1

R n

R L

A

K

D 2

D 3

D n-3

D n-2

D n-1D n

C n-3C n-2C n-1C n

C L

F

R n+1

R n+2

图22减少震荡分压器回路

图23阻尼电阻的效果图

3.4增益可控制的分压器电路

光电倍增管输出控制，通常以改变所加的电压来实现的。但有时不希望改变高压，而且在管子增益较高、工作电压较低的场合，由于倍增极电压低，会使收集效率、二次发射系数变低，这时可采用下面两种方法：

A 倍增极与阳极短接

如图(24a)所示，这实际上是减少倍增极级数来控制增益，并可提高极间电压提高信噪比。可从阳极或倍增极输出。

HV

R1R2R3R L

A K

D 1

D 2

D 3

D n-3

D n-2

D n-1

D n

C L

R4

图24a 倍增极短路分压器回路

B 调节中间倍增板电位

如图(24b)所示，在中间倍增极加可调电阻(电位器)。调节中间倍增极电压，控制光电倍增管增益，试验表明保持前级空间电位恒定，仅改变中间倍增极电压来调节光电倍增管增益是有效的。