核电子学习题+答案+课后答案

(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
1.核电子学中主要的噪声有三类：散粒噪声、热噪声和低频噪声。
2.核辐射探测器输出信号的数学模拟为电流冲击函数，从探测器输出的大量随机分布的信号，可用数学式表示为 。
3.在时域和频域分析中，当输入信号f(t),网络传输函数为h(t)时该输出信号g(t)=_f(t)*h(t);经过_拉普拉斯________变换后，输入信号为F(S),网络传输函数为H(S)时输出信号G(S)=__F(S).H(S)________________。
对
5
【简答题】
前置放大器的作用？
我的答案：
1，提高系统的信噪比
2，减少外界干扰的相对影响
3，合理布局，便于调节和使用
4，实现阻抗转换和匹配
6
【简答题】
什么是密勒效应？
我的答案：
反相放大电路中，输入与输出之间的分布电容或寄生电容由于放大器的放大作用及等效到输入端的电容值会扩大1+A倍，其中A是该级放大电路的电压放大倍数。
ENV ENC ENN ENEη(FWHM)NE
不是
1.7设探测器反向漏电流ID=10-8A，后级电路频宽为1MHz,计算散粒噪声相应的方根值和相对于ID的比值。
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。
对
4
【判断题】
信号或者噪声，可以在时间域里研究它们的时间函数，也可以在频率域内分析它们的频谱。通过傅里叶变换(简称傅氏变换)，可以建立起信号的时域波形和频谱之间的对应关系。
对
5
【简答题】
简要说明核辐射探测器的输出信号的特点。
（5.0分）
我的答案：
探测器输出信号为随机脉冲，而随机脉冲又有如下三个特性
时间特性
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。
幅度分布的非周期性
非等值性
6
【简答题】
核辐射探测器的输出脉冲信号含有什么信息？
（5.0分）
我的答案：
类型，强度（数量），能量，时间
7
【简答题】
气体、闪烁、半导体三种核辐射探测器的能量分辨率排序。
（5.0分）
我的答案：
按能量分辨率由高到低：半导体探测器，气体探测器，闪烁体探测器
8
【简答题】
核电子学中的主要噪声有哪三类？
1
【判断题】
电荷灵敏和电流灵敏前置放大器主要用于能谱测量分析系统；电压灵敏前置放大器则主要用于时间测量分析系统。
错
2
【判断题】
要提高放大电路输出稳定性，减小相对变化量，一般要求放大器开环增益A0必须很高。
对
3
【判断题】
信号由基极输入，发射极输出，构成共集电极放大电路，又叫射极跟随器。
对
4
【判断题】
放大电路中的自举电容，从本质上来说起到一种特殊形式的正反馈。
后果：不能工作的死时间存在
计数率：
放大器中由于计数率过高引起脉冲幅度分布畸变
后果：峰偏移和展宽
四、计算题（共4小题，共45分）
1.（本题15分）当探测器输出为理想冲击信号时 ，
(1)求此时输出回路上的电压V0(t)？
(2)在实验中，探测器输出的并不是理想冲击信号，存在一定的形状和宽度，假设 ，求此时输出回路上的电压V0(t)。
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。
A. B.
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
3.2谱仪放大器的幅度过载特性含义是什么？计数率过载含义是什么？二者引起的后果有何区别？
幅度过载：
信号超出线性范围很大时，放大器一段时间不能正常工作，
后果：不能工作的死时间存在
计数率：
放大器中由于计数率过高引起脉冲幅度分布畸变
后果：峰偏移和展宽
3.3试说明能否通过反馈来减少干扰和噪声对放大器的影响？用什么方法可以减少干扰和噪声对放大器的影响？
3.5极零相消电路和微分电路有什么区别？如何协调图示的参数，使它能达到极零相消的目的？
不同之处，极零相消使时间常数变小，指数衰减信号通过微分电路会产生下冲。
，
故
“极”“零”相消，即 与 相消，所以当τ=τ2时满足，即τ=R2C.
3.6有源积分滤波器与无源积分滤波器相比有什么优点？门控积分滤波器有什么特点？
4.改善放大器线性的方法，可以简单归结为：（1）合理选择工作点__。
（2）__采用负反馈_。
5.谱仪放大器基本上由____放大电路__和滤波成形电路组合而成，对滤波成形电路来讲，有_弹道亏损_____和__堆积畸变_两种信息畸变。
6.脉冲幅度甄别器是将__模拟脉冲__转换成__数字逻辑脉冲_输出的一种装置。
2.另一个作用是产生直流负反馈以稳定放大器直流工作点。…………2分
（2）此放大器电路的开环增益：
…………………………………6分
3.（本题10分）下图电路中，若 ，求输出电压信号 ，其中A=1为隔离用。
4.（本题10分）电路中，若输入信号为 ，如何协调图示中的参数，使它能达到极零相消的目的？并求此时输出的电压信号 。
7
【简答题】
电荷灵敏前置放大器的输入电容Cif表达式是什么？
我的答案：
Cif=Ci+(1+A0)Cf
8
【简答题】
电荷灵敏前放相比电压灵敏前放有什么不同？
我的答案：
电压灵敏前置放大器对探测器信号先积分再放大
电荷灵敏前置放大器放大和积分同时进行。
电荷灵敏前置放大器就是带有电容负反馈的电流积分器。
序 号
f(t) (t≥0)
2.(本题5分）图a为前置放大器的输出信号，请设计一个成形电路，所设计的成形电路的输出电压波形为图b。
图a前置放大器输出信号图b输出电压波形
3.(本题5分）谱仪放大器的幅度过载特性含义是什么？计数率过载含义是什么？二者引起的后果有何区别？
答：幅度过载：
信号超出线性范围很大时，放大器一段时间不能正常工作，
对A点：
,
噪声均方值：
对B点：
，
噪声均方值：
第二章
2.1电荷灵敏前置放大器比电压灵敏前置放大器有什么优点？为什么把反馈电容称为积分电容，作用是什么？
优点：VOM稳定性高，能用高能量分辨能谱系统
Cf起积分作用，当A很大时，
2.2试对下图典型的电荷灵敏前置放大器电路在输入冲击电流I(t)=Q·δ(t)时，
（2）ACQ=1/Cf=1×1012V/C
ACE=e/(Cfω)=44.4 mv/Mev
（3）A0=gmR6/(1-A3)=3000
（4）tr0=2.2RaCa/(1+A0F0)=2.2Ca(Ci+Cf)/gmCf=13.2 ns
2.7讨论电荷灵敏、电压灵敏、电流灵敏三种前置放大器的特性，各适于哪方面的应用，为什么？
1【判断题】
能否直接使用气体探测器产生的感应电流大小来测量入射粒子的能量？
错
2
【判断题】
气体、闪烁、半导体三种核辐射探测器都能产生相应的输出电流i(t)，在电路分析时，都可以把它等效为电流源。
对
3
【判断题】
探测器输出脉冲形状在理想情况下，可看成冲击函数，探测器输出电流脉冲信号，可简化表示为一个强度变化的随机冲击序列。
A. B.
C. D.
3.已知已知一个电荷灵敏前置放大器反馈电容Cfቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ1pf,对于硅半导体探测器，平均电离能 ,估算能量变换增益ACE为（D）
A.10000 B.106V/C C. 500 D.44.4mV/MeV
4.前前置放大器输出的噪声功率谱密度为（C）
A. B.
C. D.
5.n节放大节组成的放大器，放大器上升时间和各放大节上升时间的关系为tr=（A）。
（5.0分）
我的答案：
散粒噪声
热噪声
低频噪声
9
【简答题】
放大电路的频率特性指什么？
（5.0分）
我的答案：
放大器的性能（主要指电压放大倍数A）对不同频率正弦输入的稳态响应
10
【简答题】
什么是电路网络的冲激响应？
（5.0分）
我的答案：
在时域中，一个单位冲击信号δ（t）加到一个线性网络上，所得的输出信号为h（t），称为该网络的冲激响应
（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）
∵
∴
（2）
RfCf=109×10-12=10-3(S)
2.4一个低噪声场效应管放大器，输入等效电容Ci=10pF，输入电阻Ri=1MΩ，栅极电流IG=0.1μA，跨导gm=1mA/V，Cgs<<Cc，放大器频带Δf=10MHz，T=290K，1/f噪声可忽略，求输入端等效噪声。
F(s)
1
δ(t)
1
2
1
3
e-at
4
5
，a≠b
6
，m≥0
7
，m≥0
8
9
附：常用拉普拉斯变换表
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 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。
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）
V0(s) = I0(s)·[R0∥(1/sc)]
= I0[1/(s+1/τ)]·[R0(1/sc0)/(R0+(1/sc0))
=(I0/c0)·{1/[(s+1/τ) (s+1/ R0c0)]}
∴
当R0c0<<τ时，τ－R0c0≈τ
∴
1.5如图，设 ，求输出电压V(t)。
1.6表示系统的噪声性能有哪几种方法？各有什么意义？输入端的噪声电压是否就是等效噪声电压？为什么？
9.幅度变化范围大，触发比不能调节的定时方法是（D）
A.前沿定时B.ARC定时C.恒比定时D.过零定时
10.谱仪放大器的作用不包括（B）
A.放大有用信号B.消除噪声C.滤波成形D.提高信噪比
得分
阅卷人
三、简答题（共3小题，共15分）
1.(本题5分）简述单道脉冲幅度分析器的工作原理？
答：单道脉冲幅度分析器由上甄别器和下甄别器组成。上甄别器的输出端接入反符合电路的反符合端，下甄别器的输出端接到分析道，当输入脉冲的幅度高于上甄别阈时，反符合道有信号输入，反符合电路无信号输出，当输入脉冲信号幅度处在上甄别阈和下甄别阈之间，有正极性脉冲输出，当输入信号幅度低于下甄别阈，单道分析器也没信号输出。
7.定时误差通常按误差产生的原因分为两类：___时移___和___时晃_。
8.放大器输出信息中，总是由：_信号__,__噪声__,__干扰__组成。
二、选择题：（每题2分，共20分）
1.下列探测器中，能量分辨率最佳的是（B）
A.闪烁体探测器B.半导体探测器C.电离室D.气体探测器
2.CR微分电路（高通滤波器）的频率响应为（A）
∵
∴
1.9
求单个矩形脉冲f（t）通过低通滤波器，RC=T，RC=5T，及RC=T/5，时的波形及频谱。
1.10电路中，若输入电压信号Vi（t）=δ（t），求输出电压信号V0（t），并画出波形图，其中A=1为隔离用。
由 ，得：
1.12设一系统的噪声功率谱密度为 ，当此噪声通过下图电路后，求A点与B点的噪声功率谱密度与噪声均方值。
电流灵敏前放输出快，对输出电流信号直接放大，常用作快放大器，但相对噪声较大，主要适用于时间测量系统。电荷灵敏前放和电压灵敏前放用于能谱测量系统，电荷灵敏前放比电压灵敏前放输出电压稳定性高，可用在能量分辨率较高的系统。
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。