实验2-谱仪放大器
核电子技术原理 (王芝英 着) 原子能出版社 部分课后答案
（1）求 Vo(t)的一般表达式 （2）当 Cf=1pF, Rf=109Ω时，画出大致波形并与 Rf→∞时作比较。
（1）
⎛
⎞
⎛
∵VO ( s) = −Q ⎜⎜⎝ Rf
1 //
sC f
⎞Q ⎟⎟⎠ = − C f
⎜ ⎜
1
⎜ ⎜ ⎝
s
+
1 Rf C
f
⎟ ⎟ ⎟ ⎟ ⎠
( ) ∴VO
t
=
Q
−t
e RfCf
核电子学习题解答
第一章 第三章 第五章
第二章 第四章 第六章
第一章
1.1 核电子学与一般电子学的不同在哪里？以核探测器输出信 号的特点来说明。
在核辐射测量中，最基本的特点是它的统计特性、非周期性、非 等值性，核电子学分析这种信号，经处理得到有用的信息。
1.4 当探测器输出等效电流源 io (t) = I0 ie−t /τ 时，求此电流脉冲在 探测器输出回路上的输出波形并讨论 R0C0<<τ的情况。
3.7 试说明核信号通过图示的滤波成型电路后得到什么，失去什么， 画出图形。
得到能量信息，失去了时间信息。 极零相消，两次无源积分，加两次有源积分。
3.8 说明弹道亏损的原因。
输入电流的脉冲宽度有限时，在信号的宽度内，电容 C 被充电，且通过 R 放电， 故产生弹道亏损。
3.9 什么是信号的峰堆积和尾堆积？对输出信号的幅度产生什么影 响？引起什么样的谱形畸变？
第三章
3.1 试论述放大器在核物理实验中的作用，对各个性能指标应如何协 调考虑？
放大器在核物理实验中主要有放大和成形作用。，且必须保持探测器输出的有用 信息。 对各个性能指标应从能量测量和时间测量分别考虑。
能谱仪器使用方法说明书
能谱仪器使用方法说明书一、概述能谱仪器是一种重要的科学研究工具，用于测量和分析材料的能谱特性。
本说明书旨在详细介绍能谱仪器的使用方法，包括仪器的基本原理、仪器的组装与连接、仪器的操作步骤以及数据分析与结果解读等方面。
二、仪器的基本原理能谱仪器基于能谱分析技术，通过探测材料中各种能级的能谱分布，确定材料的组成和结构信息。
能谱仪器通常由以下几个主要部分组成：1. 放射源：用于产生射线或线源，激发样品中的原子或分子。
2. 能谱探测器：用于检测并测量样品中产生的能谱信号。
3. 信号放大器：用于放大能谱探测器检测到的微弱信号。
4. 数据采集与处理系统：用于记录、存储和分析能谱数据。
5. 控制系统：用于控制仪器的操作和参数设置。
三、仪器的组装与连接1. 确保各仪器部件完整并无损坏。
2. 按照仪器说明书正确组装仪器，注意连接的顺序和正确性。
3. 确保各部件之间的连接牢固，信号传输通畅。
四、仪器的操作步骤1. 打开仪器电源，待仪器自检完成后进行下一步操作。
2. 启动操作软件，设置仪器参数，如能谱范围、积分时间等。
3. 放置待测样品，并调整样品的位置和角度，确保射线可以有效照射样品。
4. 执行测量命令，记录数据，保持测量过程的稳定性和准确性。
5. 完成测量后，保存数据并进行备份，以便后续的数据分析和处理。
五、数据分析与结果解读1. 使用专业的数据分析软件对采集到的数据进行处理和分析。
2. 根据能谱图形的特征，确定样品的成分、结构以及化学性质。
3. 结合其他实验结果和文献资料，对数据进行解读和验证。
六、安全提示1. 在操作仪器时，应注意射线的辐射安全。
尽量采取适当的防护措施，减少辐射对操作人员的影响。
2. 仪器使用过程中注意保持仪器的清洁和整洁，防止灰尘和杂质对仪器性能的影响。
3. 定期对仪器进行维护和保养，确保其正常运行和工作效率。
七、故障排除当仪器出现异常情况或故障时，用户可以根据以下一般维修方法进行排除：1. 检查仪器电源是否正常供电。
谱仪放大器
tz
1
ln
1
ln
1
达到负峰值时间为
负峰值与正峰值之比为 Vm
tm
2 1
ln
1
2
ln
1
Vm
下冲的后沿部分可以用 度过载问题。
V0tຫໍສະໝຸດ Q Cfet f来表示，尽管其值很小，但是尾部拖得很长。会带来幅
三 极零相消微分网络
为了避免这种大幅度过载效应，需设法不产生长尾部的下 冲，这就不能用简单的高通电路来对电荷灵敏放大器输出 信号进行微分，需要选择一个电路，保证微分之后输出为 单极性信号。
放大器基本参量
计数率过载特性：当计数率比较高时所引起的脉
冲幅度分布的畸变称为放大器的计数率过载。谱仪放 大器的计数率特性主要取决于它的滤波器的响应时间， 由滤波器成形的信号越宽，堆积的可能性越大。
上升时间：探测器输出的信号通常有快的前沿和缓
慢的下降后沿，上升时间主要对信号的前沿而言。放 大器的上升时间过大会使信号产生畸变，结果使信号 幅度变小了。如果放大器上升的时间非常小也带来了 一些不利因素，一则电路变得很复杂，二则增加了电 路本身的噪声，因此需要个合理的取舍。
四 堆积判弃电路原理图
结束
谢谢
参考文献： 《核电子学》 《核辐射探测器与核电子学》
！
放大器基本参量
噪声及信号噪声比:放大器输出的信息中，总是
由信号、噪声和干扰组成。噪声是由于前置放大器输 出噪声和放大器输入端自身的噪声所决定。通常考虑 放大器输入端的噪声比前置放大器输出端的噪声小一
个量级就能满足要求。
幅度过载特性：放大器工作有一个线性范围，当
超出线性范围很大时，放大器在一段时间内不能恢复 正常工作，在这段时间内低能的射线信号就不能被正 常放大，从而使测量差生误差，这种现象就称为放大 器的幅度过载也称为放大器的阻塞。
物理实验技术中的声源发生与检测方法
物理实验技术中的声源发生与检测方法引言声音作为我们日常生活中不可或缺的一部分，一直以来都备受科学家们的关注。
在物理实验中，声源的发生与检测方法是研究声学特性和实验测量的重要组成部分。
本文将探讨物理实验技术中的声源发生与检测的方法。
一、声源发生的方法1. 机械振动法机械振动法是最常见的声源发生方法之一，利用物体的机械振动产生声音。
例如，通过敲打金属片、悬挂弹簧并拉伸等方式，可以产生不同频率和强度的声音。
这种方法简单易行，广泛应用于实验室和工业领域。
2. 电磁振荡法电磁振荡法是一种利用电磁力产生声音的方法。
在电磁振荡法中，通过在电磁场中放置一个可振动的膜片或线圈，当电流通过时，膜片或线圈会受到电磁力的作用而产生振动，从而产生声音。
电磁振荡法的优点在于可以通过调节电磁场的频率和强度产生不同特性的声音。
3. 声学放大器法声学放大器法是一种将低频电信号转换为声音的方法。
在这种方法中，利用放大器将电信号转换为与其频率相对应的声音信号。
这种方法对于实验仪器的声音较弱的实验中特别有用，可以提供更清晰、更明确的声音信号。
二、声源检测的方法1. 麦克风检测法麦克风检测法是一种常用的声源检测方法，通过将声音转换为电信号来进行检测。
在实验中，将一个或多个麦克风放置在所需测量声音的位置，然后麦克风将声音转换为电信号，再经过放大和处理后，就可以得到我们所需要的声音信息。
这种方法具有灵敏度高、频响范围广和实时监测等优点。
2. 谱仪检测法谱仪检测法是一种利用频谱分析的方法来检测声源的频率和振幅的方法。
在实验中，将声音转换为电信号后，通过谱仪将声音信号的频率和振幅进行分析和测量。
这种方法可以提供详细的声音频谱信息，对于研究声学特性非常有用。
3. 数字信号处理检测法数字信号处理检测法是一种利用计算机和数字信号处理技术进行声源检测的方法。
通过将声音转换为数字信号，然后利用计算机进行信号处理，可以得到声音的频率、时间域和频域等信息。
这种方法不仅能够快速准确地检测声音，还可以实现对声音信号的后续处理和分析。
材料分析(EDS)实验报告
材料专业实验报告题目：电子探针能谱（EDS）元素分析实验学院：先进材料与纳米科技学院专业：材料物理与化学姓名：学号：15141229862016年6月30日电子探针能谱（EDS）元素分析实验一、实验目的1.了解能谱仪（EDS）的结构和工作原理。
2.掌握能谱仪（EDS）的分析方法、特点及应用。
二、实验原理在现代的扫描电镜和透射电镜中，能谱仪（EDS）是一个重要的附件，它同主机共用一套光学系统，可对材料中感兴趣部位的化学成分进行点分析、面分析、线分析。
它的主要优点有：（1）分析速度快，效率高，能同时对原子序数在11—92之间的所有元素（甚至C、N、O等超轻元素）进行快速定性、定量分析；（2）稳定性好，重复性好；（3）能用于粗糙表面的成分分析（断口等）；（4）能对材料中的成分偏析进行测量，等等。
（一）EDS的工作原理探头接受特征X射线信号→把特征X射线光信号转变成具有不同高度的电脉冲信号→放大器放大信号→多道脉冲分析器把代表不同能量（波长）X射线的脉冲信号按高度编入不同频道→在荧光屏上显示谱线→利用计算机进行定性和定量计算。
（二）EDS的结构1、探测头：把X射线光子信号转换成电脉冲信号，脉冲高度与X射线光子的能量成正比。
2、放大器：放大电脉冲信号。
3、多道脉冲高度分析器：把脉冲按高度不同编入不同频道，也就是说，把不同的特征X射线按能量不同进行区分。
4、信号处理和显示系统：鉴别谱、定性、定量计算；记录分析结果。
（三）EDS的分析技术1、定性分析：EDS的谱图中谱峰代表样品中存在的元素。
定性分析是分析未知样品的第一步，即鉴别所含的元素。
如果不能正确地鉴别元素的种类，最后定量分析的精度就毫无意义。
通常能够可靠地鉴别出一个样品的主要成分，但对于确定次要或微量元素，只有认真地处理谱线干扰、失真和每个元素的谱线系等问题，才能做到准确无误。
定性分析又分为自动定性分析和手动定性分析，其中自动定性分析是根据能量位置来确定峰位，直接单击“操作/定性分析”按钮，即可在谱的每个峰位置显示出相应的元素符号。
步骤
1-21）摆放好Hg灯，使光源聚集在多色仪的缝上，适当调节狭缝的宽度，但是必（实际上mm须使缝宽在0.2～2mm的范围内，20 就可以了，）不可超过2mm..3以免损坏仪器；2）打开CCD的电源，再打开计算机，并启动计算机上相应的光学多道分析软件。
由于背景光线可能会影响实验结果，需按下“背景清除”按键，清除原先记录的默认值。
关闭汞灯，选择“背景记忆”。
点击“检索”，填写400nm，点击“实时扫描”，计算机会将实际采集的谱线与背景相减，获取真实的谱线。
3）根据Hg光谱的尖锐程度，适当调整光源和透镜的位置，以及狭缝的大小，如果没看到谱线，或出现的峰很宽，再旋小缝宽，如果发现峰少于3条，则需改变中心波长；4）得到较尖锐的光谱后，点击工具栏下的“停止”，实时采集完毕。
将转换开关打至观察窗，取下CCD的遮光盖，观察衍射光谱，应该可以看到一道强绿光和两道黄光对照。
Hg有435.84nm、546.07nm、576.96nm和579.0nm四条特征谱线，由于在计算机上所能反映的光谱带宽为150nm-200nm之间，中心波长为590nm。
读取三条尖锐光谱的位置数组，做差，根据其差值比，及观察窗查看到的光线颜色，可以看确定三条光谱为546.07nm,576.96nm,579.07nm这三条特征谱线；5）确定了特征谱线之后，按下“寻峰”，电脑将自动为我们寻峰，点击“手动定标”，将鼠标放在峰上，按回车键，输入谱线波长，按“下一点”，将横坐标的道数转化为波长显示，选择线性定标后，计算机就根据Hg的特征谱线来完成定标，将横坐标的道数显示转换成波长显示，还会出现线性方程；6）测量纳光的波长，将Hg灯光源换为钠灯光源，采集同一波长范围内的待测钠光的光谱，在完成实时采集之后，对光谱图进行寻峰（采集钠光光谱所用的寄存器必须是汞光谱定标所在的寄存器）。
7）当中心波长并不能很好地使钠光的光谱完整地呈现在显示屏上，此时可以移动中心波长，但成像后的波长数据应减去中心波长的移动距离。
2-2 验证快速电子的相对论效应 实验报告
近代物理实验报告指导教师：得分：实验时间：2010 年 3 月31 日，第五周，周三，第5-8 节实验者：班级材料0705 学号200767025 姓名童凌炜同组者：班级材料0705 学号200767007 姓名车宏龙实验地点：综合楼507实验条件：室内温度℃，相对湿度%，室内气压实验题目：验证快速电子的相对论效应实验仪器：（注明规格和型号）本实验的装置主要由以下部分组成：β放射源；半圆聚焦β磁谱仪；真空室；NaI闪烁探头；高压电源；放大器；多道脉冲幅度分析器；微机与数据处理软件；γ放射源（各部如下图所示）1. β放射源β-28.6aβ-64.1h本实验中选用90Sr-90Yβ放射源，其衰变链为：90Sr 90Y 90Zr2. 半圆聚焦β磁谱仪β源射出的高速β例子经过准直后垂直射入一均匀磁场中， 粒子因受到与运动方向垂直的洛仑兹力作用而做圆周运动。
粒子做圆周运动的方程为：B e dtdp⨯-=ν 而将这个微分式逆推， 可以得到粒子运动的动量表达式：eB x eBR p ⋅∆==21R 为粒子运动的轨道半径。
这样， 有放射源射出的不同动量的β粒子， 经过磁场后， 其出射位置各不相同。
因此在不同的地方探测到β粒子的动量， 再由探测器测得该处电子的动能， 便可以将同一状态下电子的动量和动能进行比较。
3. 真空室真空室的作用是为了出去空气对β粒子运动的影响。
但实验中由于密封真空室的塑料薄膜存在， 会致使电子穿过是动能严重损失， 因而需要进行动能修正。
实验中仅对粒子进行一次动能修正。
4. NaI 探测器NaI 探测器主要由NaI 闪烁晶体和光电倍增管以及相应的电子线路构成。
当射线进入闪烁体时， 在某一点产生次级电子， 随后这个电子在光电倍增管的级联放大作用下产生大量的电子， 这些电子会在阳极负载上建立起电信号， 并由电路将电信号传输到电子学仪器中去。
5. 高压电源、 线性放大器、 多道脉冲幅度分析器高压电源和线性放大器为探头提供其工作时所需的高压和低压电源； 并将接受探头传输过来的包含入射粒子能量信息的电脉冲信号放大； 将放大信号传输给脉冲分析器。
光栅光谱仪实验报告 2
一、实验目的1.用光栅光谱仪测量白、黄滤光玻璃片的基线、吸光度、与透过率。
2.学会并掌握光栅光谱仪的应用。
二、实验仪器1.已装载软件的电脑2. 有白、黄滤光镜片的滤光片3.光栅光谱仪三、实验原理仪器的规格与主要技术指标：波长范围 200－800nm焦距 302.5mm相对孔径 D/F＝1/7波长精度±0.4nm波长重复性±0.2nm杂散光≤10－3WGD－3 型组合式多功能光栅光谱仪，由光栅单色仪，接收单元，扫描系统，电子放大器，A/D采集单元，计算机组成。
该设备集光学、精密机械、电子学、计算机技术于一体。
光学系统采用C-T型，如图2-1图2-1 光学原理图M1反射镜、M2准光镜、M3物镜、M4转镜、G平面衍射光栅S1入射狭缝、S2光电倍增管接收、S3 CCD接收入射狭缝、出射狭缝均为直狭缝，宽度范围0－2.5mm连续可调，光源发出的光束进入入射狭缝S1，S1位于反射式准光镜M2的焦面上，通过S1射入的光束经M2反射成平行光束投向平面光栅G上，衍射后的平行光束经物镜M3成象在S2上或S3上。
M2、M3 焦距302.5mm光栅G 每毫米刻线1200条闪耀波长550nm二块滤光片工作区间白片 320－500nm黄片 500－800nm四、实验内容1.进入系统后，首先弹出如图的友好界面。
2.单击鼠标或键盘上的任意键或等待5秒钟后，马上显示工作界面，同时弹出一个对话框（如图），让用户确认当前的波长位置是否有效、是否重新初始化。
如果选择确定，则确认当前的波长位置，不再初始化；如果选择取消，则初始化，波长位置回到200nm处。
此时，选择确定即可。
3.基线的测量，将信息/视图一栏选为动态方式，左侧的工作模式选为基线，间隔设定为0.1或0.2纳米，安好玻璃片后开始单程扫描，不断调节电压表，使图像的在450-550nm时达到顶峰，然后返回，重新初始化，重新扫描即可，将所得图像与数据保存在寄存器1中。
北京谱仪BESⅢ飞行时间探测器中的前置放大器
收 稿日 期： 2006-11- 23， 修回 日期 ：2007- 03- 06
第8期
冼 泽等：北京谱仪(BES III)飞行时间探测器中的前置放大器
711
图 4 前放输入输出特性 Fig.4 A typical amplifier gain curve of the preamplifier
图 5 输出与理论值的线性误差分布
输入信号较小时，前放的上升时间在 1.7ns 左右， 其它情况下，前放的上升时间都在 1ns 左右。对于 实际使用中光电倍增管输出 4ns、5ns 前沿的脉冲来 说，前放 1ns 左右的上升时间几乎不会对输入脉冲 的前沿产生大的影响[4]。
F ig.5 Linear error of the output measurements to the data calculated by Equ.(1)
图 5 为其输出信号实测幅度与理论值的线性误
差随输出信号幅度的变化趋势。可以看出，在线性
动态范围内，线性误差的最大值不超过 10mV，据
此可用公式(2)计算出该前放的积分非线性。
号在长距离传输中的抗干扰能力，还增大了信号的 们的参数值，可使电路的带宽、增益得到优化。电
摆率，从而提高 FEE 中前沿定时的精度。
阻 R7 可减小 AD8099 输出的 Q 值，消除 Q 值过大
1 放大器原理
带来的电路振荡。全差分运算放大器 AD8131 构成 输出驱动电路，其正向输入端接收前级的输出信号，
flight，简称 TOF)探测器将扮演重要角色。TOF 读 出电子学系统是 BES III 电子学系统中难度较大的
驱动。 AD8099 是一种具有极低的噪声(0.95nV(Hz)-1/2)
一个子系统，要求所有 448 通道的读出电子学系统 的电压反馈型集成运算放大器。AD8099 的输入级
制作光谱仪
三、与透射光栅对比
1、分光计仍然要调到正常工作状态；
2、将光栅置于载物台上，使经过准 直管后的平行光垂直入射到光栅上 3、调节望远镜筒，分贝可以找到分 布在白光两侧的-1级光谱和+1级光谱， 在这两光谱中，分别可以找到双黄线。 4、测出两双黄线∆ θ，进而测得D。 实验观察：中央是主极大零级谱线，其 它各级谱线对称的分布在其两边，且按 波长从短波向长波分散开来，形成光栅 光谱。
生活中，我们发现光碟表面反射的光成彩色条纹；就是由于光碟具有 分光的作用，它是一种反射光栅。我们可以利用光碟的这一特性，设
计一个光碟光谱仪。
衍射光栅是由大量平行、等宽、等距的狭缝（或
刻痕）构成的一种精密的分光元件，它可以把不同
波长的光分开并形成明亮细窄的谱线，常分为透射 光栅和反射光栅。 设凹槽部分宽度为a，非凹槽部分为b，a + b = d 称为光栅常数。当平行光斜入射到光栅上时，每个凹
当
单槽 衍射
v j时产生极大
槽间 干涉
平面反射光栅的光栅方程
d[sin i sin ] j (j 0, 1, 2...)
光栅的基本特性可以用它的“分辨本领” 和“角色散率” 来表征。 （1）光栅的分辨本领R 两条刚好可被该光栅分辨开的谱线的波长差 ∆λ= λ2- λ1 ， 去除它们波长的平均值，即
多功能光栅光谱仪 平面光栅摄谱仪 红外光谱仪 激光拉曼光谱仪
X射线荧光光谱仪 原子荧光光谱仪
光纤光谱仪
多功能光栅光谱仪
近代物理实验NaI(TI)闪烁谱仪
对未来研究展望
改进实验装置
优化闪烁体和光电倍增管的选型，提高探测效率和能量分辨率。
拓展应用领域
将闪烁谱仪应用于更广泛的核物理实验中，如中子活化分析、核素识 别等。
结合其他技术
将闪烁谱仪与其他核探测技术相结合，如半导体探测器、气体探测器 等，实现多参数测量和更精确的核素识别。
开发自动化测量系统
开发基于计算机控制的自动化测量系统，提高实验效率和数据处理的 准确性。
相对探测效率
相对探测效率是谱仪探测效率与标准探测器探测效率的比值。 实验结果显示，谱仪的相对探测效率较高，表明其对γ射线的探 测能力较强。
本底计数率测量
本底计数率
在没有放射源的情况下，测量谱仪的 计数率，即为本底计数率。实验结果 表明，谱仪的本底计数率较低，有利 于降低实验误差和提高测量精度。
本底来源分析
通过对本底计数率的测量和分析，可 以了解本底的来源和性质。实验结果 显示，本底主要来源于宇宙射线和环 境中的放射性物质。
结果分析与讨论
数据处理
对实验数据进行处理和分析，包括能量刻度、分辨率、探测效率和本底计数率的测量结果。通过对比理论预期和 实验结果，可以评估谱仪的性能和可靠性。
结果讨论
根据实验结果和数据处理结果，对谱仪的性能和实验结果进行讨论。实验结果表明，该谱仪具有较高的分辨率和 探测效率，以及较低的本底计数率。这些特点使得该谱仪在近代物理实验中具有广泛的应用前景。同时，实验结 果也验证了理论模型的正确性和可行性。
05
误差来源与减小方法
误差来源分析
探测器效率不一致
由于探测器之间存在的微小差异，导致探测效率 不完全一致，从而产生误差。
光源稳定性
光源的不稳定性会导致测量结果的波动，进而引 入误差。
原子吸收光谱仪的主要结构和各自的作用
原子吸收光谱仪的主要结构和各自的作用原子吸收光谱仪是一种用于分析分子中的元素含量的重要实验仪器。
它采用光谱学原理，通过对元素的吸收光谱线进行测定，可定量地测量样品中元素的含量。
下面是原子吸收光谱仪的主要结构和各自的作用。
一、主要结构1.灯座：安装放电灯，并向炉腔传递辐射光。
2.炉腔：放置样品和控制样品温度。
样品以气态或液态形式输送至炉腔，通过加热使其转化为气态状态，易于进行分析。
3.干燥器：用于去除输送气体中的水分和杂质。
4.单色器：用于分离光谱线，采用光栅进行光谱分离；采用硅光电二极管（Si-PD）或者钯羧酸（Pd-Hydride）进行信号检测。
5.检测器：用于测量元素吸收光谱的强度，采用光电倍增管（PMT）进行信号检测。
6.信号放大器：将检测器接收到的微弱信号放大至可测量的幅度。
7.计算机控制系统：用于控制实验参数和数据处理。
二、各自的作用1.灯座用于提供激发辐射光，一般使用中空阴极灯（HCL）或电极放电器等激发源。
2.炉腔炉腔的温度控制非常重要，其主要作用是将待分析的样品加热，使其转化为气态状态。
炉体有多种材质，如石英玻璃、陶瓷和碳等。
3.干燥器干燥器的作用是去除样品生成气态的水分和杂质，从而保证实验结果的准确性。
4.单色器单色器的主要作用是将待测光分离成其各个波长的光谱线，采用光栅进行光谱分离，由此得到吸收光强度的散射光谱图。
5.检测器检测器的主要作用是在光谱线分离后，对特定波长的元素吸收光进行检测。
检测器的常用类型有光电倍增管（PMT)、硅光电二极管（Si-PD)和钯羧酸（Pd-Hydride）等。
6.信号放大器信号放大器的主要作用是将检测器接收到的微弱信号放大至可测量的幅度，以便更好地检测元素含量。
7.计算机控制系统计算机控制系统通过软件与实验仪器相连接，用于控制实验参数和数据处理。
它包括了数据采集、分析和处理等功能，可快速、准确地完成吸收光谱分析实验。
核电子技术原理 (王芝英 着) 原子能出版社 部分课后答案
= τ I0R 0 τ − R 0C0
⎛ −t ⎜⎜ e τ ⎝
t −
e − R0C0
⎞ ⎟⎟⎠
当 R0 c0<<τ时，τ－R0 c0≈τ
∴V0 (t) =
⎛
t −
I0 R0 ⎜⎜ e τ
t −
e − R0C0
⎞ ⎟⎟
⎝
⎠
1.5
如图，设
i (t )
=
⎧θ ⎨⎩0
/
T
0 ≤ t ≤ T ，求输出电压 V(t)。
第一章
1.1 核电子学与一般电子学的不同在哪里？以核探测器输出信 号的特点来说明。
在核辐射测量中，最基本的特点是它的统计特性、非周期性、非 等值性，核电子学分析这种信号，经处理得到有用的信息。
1.4 当探测器输出等效电流源 io (t) = I0 ie−t /τ 时，求此电流脉冲在 探测器输出回路上的输出波形并讨论 R0C0<<τ的情况。
3.7 试说明核信号通过图示的滤波成型电路后得到什么，失去什么， 画出图形。
得到能量信息，失去了时间信息。 极零相消，两次无源积分，加两次有源积分。
3.8 说明弹道亏损的原因。
输入电流的脉冲宽度有限时，在信号的宽度内，电容 C 被充电，且通过 R 放电， 故产生弹道亏损。
3.9 什么是信号的峰堆积和尾堆积？对输出信号的幅度产生什么影 响？引起什么样的谱形畸变？
diD2 = 2I D ⋅ e ⋅ df = 5.66 ×10−11 A
diD2 = 5.66 ×10−3 ID
1.8 试计算常温下（设 T=300K）5MΩ电阻上相应的均方根噪声电压 值（同样设频宽为 1MHz），并与 1MHz 能量在 20pF 电容上的输出幅 值作比较。
核电子学习题+答案+课后答案
C. D.
6.下图中针对于被测信号 ，发生了（D）
A.峰堆积B.前沿堆积C.后沿堆积D.尾堆积
7.极零相消电路的功能是（A）
A.消除单极性信号下冲B.微分电路C .消除零基线D.积分电路
8.一个最大量化电平数为8192的模数变换器，其分辨率R为（B）
A.2-10B.2-13C.2-14D.2-11
优点：有源滤波器更接近于理想的微分和积分特性，把放大和滤波成形连在一起，既节省元件，又比无源滤波器级数少，效果好。
(3)比较两种情况下输出电压幅度的大小。
解：(1)
2.（本题10分）下图是电荷灵敏前置放大器的简图，试问
（1）RF在此电路中所起的作用？
（2）计算此放大器电路的开环增益：（已知T1管的跨导 为4.5 mA/V; ; ； ）
解：（1）RF在此电路中所起的作用为
1.与反馈电容并联的电阻起到泄放上电荷的作用。…………2分
不能。用同向接法。用双芯同轴电缆把信号送到差分放大器。
3.4试分析和讨论下面两个谱仪放大节电路，指出在电路中采取了什么措施，目的是什么？
a：
T1共射极放大，T3,T4两级共集电极放大
恒流源作负载，10μ自举电容，电压并联负反馈。
b：
T1共基，T2共射，T3共集，T4，T5互补复合跟随器。
1μ自举电容，电压并联负反馈。
输入电阻热噪声：
Ig噪声：
沟道热噪声：
∴
2.6分析快电荷灵敏前置放大器，
（1）画出简化框图
（2）分别计算电荷和能量变换增益；
（ω=3.6ev/电子空穴对，e=1.6×10-19库仑）
（3）估算电路的开环增益（gm=5mA/V, A3=0.98）
（4）估算该前放的上升时间（Ca=5pF, Ci=5pF）
核磁共振波谱仪组成
核磁共振波谱仪组成核磁共振（NMR）是化学、生物学和医学等领域常用的一种分析手段。
对于NMR技术的实现，核磁共振波谱仪是关键设备之一。
下面将介绍核磁共振波谱仪的组成。
1.主磁场系统主磁场是核磁共振波谱仪的核心组成部分，主要由大型超导磁体、氦制冷系统和磁场调节系统组成。
超导磁体是核磁共振波谱仪的关键部件，能产生稳定且强大的磁场。
氦制冷系统则用于维持磁体的低温状态，以实现超导磁体的超导状态。
磁场调节系统用于使超导磁体的磁场满足实验要求。
2.无线电波系统无线电波系统是核磁共振波谱仪的驱动部分，主要由射频发生器、功率放大器、天线和探头等组成。
射频发生器发出高频无线电波，功率放大器将其放大后，通过天线和探头输入到样品中。
这些设备的设计和选择决定了波谱质量的好坏。
3.数字控制系统数字控制系统则是核磁共振波谱仪的智能部分，既包括波形数字化系统，又包括调制、解调和数字信号处理系统等。
数字控制系统的作用是将样品产生的信号转换为数字信号，并对其进行处理和优化，以得到高质量的谱图结果。
4.样品输送和控制系统样品输送和控制系统是核磁共振波谱仪中的样品进出口，主要由自动取样器、磁管和气缸等组成。
自动取样器能够自动将样品放入磁管中，磁管和气缸则起到固定和控制样品位置的作用。
这些设备的性能将影响到样品进出的速度和稳定性。
5.计算机系统计算机系统是核磁共振波谱仪中最重要的组成部分，既包括硬件，又包括软件。
计算机的作用是对数字信号进行处理、分析、控制和储存，以实现波谱生成和数据管理等功能。
计算机系统的算法和结构对波谱分析和数据处理有着决定性的影响。
综上所述，核磁共振波谱仪是由主磁场系统、无线电波系统、数字控制系统、样品输送和控制系统以及计算机系统等五大部分组成的。
每一部分都有其独特的功能和特点，共同发挥着协同作用，实现了核磁共振技术的应用和发展。
第3-4章 前置放大器、谱仪放大器
2、电荷灵敏前置放大器的实用电路 电荷灵敏前放的实用电路形式有多种，阻容反 馈型是最常用的一种。 1）、 原理电路
+H .V
RD
Rf Cf Vo
- H .V D Vi
Rf Cf Vo
ii =Qδ (t)
C D
T1 Vi
ii =Qδ (t)
(a)交流耦合电路
(b)直流耦合电路
Cf－Rf 构成反馈网络（Rf 为Cf 提供放电回 路），因此称这种型式的前置放大器为阻容反 馈电荷灵敏放大器。
30
c、 信号中包含有噪声。
从频域看：要求谱仪放大器要具有合适的频 率响应。以使得带有噪声的前放输出信号经主放 后，尽量滤去噪声的各频率成分，而保留有用信 号的各频率成分。最终提高信噪比。此功能可被 称之为“滤波”。
31
2、介绍几种常用的滤波成形电路原理
（1）CR-RC脉冲成形
①、成形原理
CD
vi
（a）
前置放大器输出
（b）
放大器输出（以单延迟线成形为例）
29
分析此信号：
a、 迅速上升的跳变前沿： 其跳变幅度代表被探测射线的能量。此信 息通过主放大器后必须完整的保留。 b、慢的指数衰减（可能有50μ S或更大）的后沿： 不利于信号的进一步放大，也不能满足后 续的模数转换电路对输入信号形状的要求。因 此主放必须对其形状进行改造。如上图（b）。 从时域看：主放接收前放的信号并将其成形以 满足后续电路的要求。此功能被称之为“成形” 。
如上述ORTEC Model 113就是性能价格比 较好的选择。
25
◇ 半导体探测器（包括Si(Li)探测器、锗探测器、 硅带电粒子探测器）、气体正比计数器通常要选 用低噪声及增益稳定性优良的电荷灵敏放大器。 因为这些探测器输出信号小（如mV、或0.几 mV），且本身具有很好的能量分辨率。因此要 求放大器输入等效噪声要小，增益稳定性要好。 如上述ORTEC Model 142系列的前放。
能谱仪的原理
能谱仪的原理能谱仪是一种用于测量射线能谱的仪器，它能够分析射线的能量分布，从而得到样品的成分和结构信息。
能谱仪的原理主要基于射线与物质相互作用的过程，下面我们来详细介绍一下能谱仪的原理。
首先，能谱仪的基本构成包括探测器、放大器、多道分析器和数据采集系统。
当射线穿过样品时，会与样品内部原子相互作用，产生激发或电离，从而释放出能量。
这些能量会被探测器所探测到，并转化为电信号。
其次，探测器是能谱仪的核心部件，它能够将射线转化为电荷或光信号。
常见的探测器包括硅探测器、闪烁体探测器和闪烁闪烁体探测器。
不同类型的探测器对射线的响应方式不同，因此选用不同的探测器可以实现对不同能量范围的射线进行探测。
然后，放大器用于放大探测器输出的信号，以便后续的信号处理和分析。
多道分析器则用于对信号进行能谱分析，将不同能量的信号分离开来，并将其转化为数字信号。
最后，数据采集系统用于记录和分析多道分析器输出的数字信号，得到射线的能谱信息。
总的来说，能谱仪的原理主要是利用探测器对射线能量的探测和转化，通过放大器、多道分析器和数据采集系统对信号进行处理和分析，最终得到射线的能谱信息。
能谱仪在物质分析、核物理、地质勘探等领域有着广泛的应用，对于研究物质的成分和结构具有重要意义。
在实际应用中，需要根据具体的实验需求选择合适的能谱仪类型和参数，以及合适的探测器和分析方法。
同时，对于能谱仪的使用和维护也需要严格按照操作手册进行，以确保实验结果的准确性和可靠性。
综上所述，能谱仪的原理是基于射线与物质相互作用的过程，利用探测器、放大器、多道分析器和数据采集系统对射线能谱进行分析，从而得到样品的成分和结构信息。
能谱仪在科学研究和工程应用中具有重要的作用，对于推动相关领域的发展具有重要意义。
核电子学复习资料
核电子学复习整理第一章一、名词解释探测效率：探测器探测到的粒子数与此时实际入射到探测器中的粒子总数的比值。
散粒噪声：（在电子器件或半导体探测器中）由于载流子产生和消失的随机涨落形成通过器件的电流的瞬时波动，或输出电压的波动，叫做散粒噪声。
分辨率：识别两个相邻的能量、时间、位置（空间）之间最小差值的能力。
（主要有能量分辨率、时间分辨率、空间分辨率）死时间校正：在监察信号的时间TIp内，如果再有信号输入都要被舍弃，因此监察时间就是堆积拒绝电路所产生的死时间。
计时电路就不应该把这个时间计入测量时间，而应从总的测量时间中扣除这个死时间得到活时间。
由测到的总计数除以活时间就是信号计数率。
这种办法称为死时间校正。
二、填空题1.核电子学是核科学与电子学相结合的产物；2.探测器按介质类型及作用机制主要分为：气体探测器、闪烁体探测器、半导体探测器；3.核电子学中主要的噪声指三类：散粒噪声、热噪声、低频噪声；4.核辐射探测器的输出信号特点是：随机分布的电荷或电流脉冲。
（时间特性、幅度上是非周期非等值的）；5.功率谱密度为常数即S(W)=a的噪声为白噪声。
三、简答题1.简述核电子学的信号特点。
答：1.随机性；2.信号弱，跨度大；3.速度快。
2.简述白噪声与干扰以及两者的区别。
答：干扰：主要是指空间电磁波感应，工频交流电网的干扰，以及电源纹波干扰等外界因素。
（可在电路和工艺上予以减小或消除）噪声：是由所采用的元器件本身产生的。
（可以设法减小但无法消除）白噪声定义为功率谱密度为常数的噪声。
3.降低前置放大器噪声的措施有哪些？答：1.输入级采用低频噪声器件；2.低温运行；3.减少冷电容Cs；4.反馈电阻Rf和探测器负载电阻RD选用低噪声电阻，阻值一般在109欧~1020欧左右。
除此之外，用滤波网络来限制频带宽度，也可进一步抑制噪声。
4.构成核电子学的测量系统的三部分是哪些？答：1.模拟信号获取和处理，2.模数变换，3.数据的获取和处理三个部分5.简述前置放大器的作用。
气相色谱仪使用方法及实验操作步骤
液相色谱仪、气相色谱仪、原子吸收分光光度计、红外光谱仪、核磁共振、原子发射光谱等分析仪器气相色谱仪使用方法及实验操作步骤：A、打开氮气、氢气、空气发生器的电源开关(或氮气钢瓶总阀)，调整输出压力稳定在0.4Mpa左右（气体发生器一般在出厂时已调整好，不用再调整）。
B、打开色谱仪气体净化器的氮气开关转到“开”的位置。
注意观察色谱仪载气B的柱前压上升并稳定大约5分钟后，打开色谱仪的电源开关。
C、设置各工作部温度。
TVOC分析的条件设置：(a)柱箱：柱箱初始温度50℃、初始时间10min、升温速率5℃/min、终止温度250℃、终止时间10min; (b)进样器和检测器：都是250℃。
脂肪酸分析时的色谱条件：(a)柱箱：柱箱初始温度140℃、初始时间5min、升温速率4℃/min、终止温度240℃、终止时间15min; (b)进样器温度是260℃，检测器温度是280℃。
D、点火：待检测器（按“显示、换档、检测器”可查看检测器温度）温度升到150℃以上后，打开净化器上的氢气、空气开关阀到“开”的位置。
观察色谱仪上的氢气和空气压力表分别稳定在0.1Mpa 和0.15Mpa左右。
按住点火开关（每次点火时间不能超过6~8秒钟）点火。
同时用明亮的金属片靠近检测器出口，当火点着时在金属片上会看到有明显的水汽。
如果在6~8秒时间内氢气没有被点燃，要松开点火开关，再重新点火。
在点火操作的过程中，如果发现检测器出口内白色的聚四氟帽中有水凝结，可旋下检测器收集极帽，把水清理掉。
在色谱工作站上判断氢火焰是否点燃的方法：观察基线在氢火焰点着后的电压值应高于点火之前。
E、打开电脑及工作站（通道一分析脂肪酸，通道二分析碘），打开一个方法文件：脂肪酸分析方法或碘分析方法。
显示屏左下方应有蓝字显示当前的电压值和时间。
接着可以转动色谱仪放大器面板上点火按钮上边的“粗调”旋钮，检查信号是否为通路(转动“粗调”旋钮时，基线应随着变化)。
待基线稳定后进样品并同时点击“启动”按钮或按一下色谱仪旁边的快捷按钮，进行色谱数据分析。
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图 3-2 频率处于 10kHz-30kHz 时的输出波形
继续升高频率，当频率大于 30kHz 时，畸变过大导致看起来像是正弦波形，如图 3-3：
图 3-3 频率大于 30kHz 时的输出波形
3． 过载测量 放大倍数 A=1.5*500，输入信号幅值为 26mV。 过载波形如图 4-1：
图 4-1 过载波形 小信号频率：150kHz； 小信号恢复时间：t1=53μs； 基线恢复时间：t2=80μs； 过载恢复时间t = ������ 2 = 1.51;
图 2-3 改变放大器极性
将积分常数改为4������������：输出信号峰峰值由 5.28V 降为 3.44V，信号衰减时间变长； 在此基础上再将微分常数改为4������������： 输出信号峰峰值升为 3.44V， 信号衰减时间变长。 d) 调节极零相消：上下沿的零线错移 2． 定量测量增益 c)
1
������
小信号幅值增加时，VO 顶部变窄。 4． 噪声测量 ������������ = ������������ = 4������������时，噪声峰峰值 40.8mV； ������������ = ������������ = 2������������时，噪声峰峰值 68.0mV； ������������ = ������������ = 1������������时，噪声峰峰值 88.8mV。
实验二谱仪放大器
宁笑楠 2012011709 同组：时盈晨
实验目的
了解谱仪放大器的主要特性，掌握其增益、成形、过载和噪声等特性的测试方法并付诸 实测。
实验预习
1.极性开关的作用
图 1-1 极性开关的作用
2．信号源方波的������������ 与������������������
图 1-2 信号源设置不当导致堆积畸变
图 2-1 极零相消前的输出波形
调节极零相消之后的波形如图 2-2：
图 2-2 调节极零相消之后的波形
输出信号峰峰值为 5.28V 2) 改变放大器参数 a) 将 放 大 倍 数 减 小 后 ， 输 出 信 号 幅 值 减 小 。 当 放 大 倍 数 由 A = 1.5 ∗ 200 变 为 A = 1.0 ∗ 200时，输出信号峰峰值由 5.28V 降为 3.72V。 b) 将极性由“+”改为“-”之后，信号产生如下变化：
实验内容
1． 定性粗测 1) 信号源输出：峰峰值������ ������−������ = 13.2������������ ，频率f = 2.0715kHz。 放大器参数设置： 放大倍数A = 1.5 ∗ 200， 微分、 积分时间常数������������ = ������������ = 2������������， 极性为“+”。 极零相消前输出波形如图 2-1：
1) 增益调节档，调节粗调旋钮、测量实际增 益，结果如表一 表一增益定量测量 50 200 500 粗调旋钮 理论增益 实际输出 实际增益 50 512mV 46.5 200 2.04V 185.5 500 5.08V 461.8
可以发现实际增益与理论增益有较好地线性关系，拟合可以得到（实际增益为 A， 理论增益为 A0） ：A = 0.6119 + 0.9226������0 ，相关系数可达 0.999999 2) 成型电路特性 放大倍数为 50，信号源输入 100mV，输出波形如图 3-1：
图 3-1 成型电路输出波形
达峰时间 tM=3.1μs，脉宽 tW=10.5μs； 改为������������ = ������������ = 2������������：输出信号幅度变为 9.76V，达峰时间 tM=5.4μs，脉宽 tW=21.2μs； 改为������������ = ������������ = 4������������：输出信号幅度变为 9.68V，达峰时间 tM=11.4μs，脉宽 tW=41.6μs。 不改变其他参数、调节频率，有如下结果： 当频率处于 10kHz-30kHz 内时，有非常明显的畸变，波形如图 3-2：