核電子學(xué)習(xí)題解答

1、習(xí)題解答第一章 緒論1、核信息的獲取與處理主要包括哪些方面的？時(shí)間測(cè)量。核信息出現(xiàn)的時(shí)間間隔是測(cè)定核粒子的壽命或飛行速度的基本參數(shù)，目前直接測(cè)量核信息出現(xiàn)的時(shí)間間隔已達(dá)到皮秒級(jí)。 核輻射強(qiáng)度測(cè)量。核輻射強(qiáng)度是指單位時(shí)間內(nèi)核信息出現(xiàn)的概率，對(duì)于低輻射強(qiáng)度的測(cè)量，要求測(cè)量?jī)x器具有低的噪聲本底，否則核信息將淹沒于噪聲之中而無法測(cè)量。對(duì)于高輻射強(qiáng)度的測(cè)量，由于核信息十分密集，如果信號(hào)在測(cè)量?jī)x器中堆積，有可能使一部分信號(hào)丟失而測(cè)量不到，因此要求儀器具有良好的抗信號(hào)堆積性能。對(duì)于待測(cè)核信息的輻射強(qiáng)度變化范圍很大的情況(如核試驗(yàn)物理診斷中信號(hào)強(qiáng)度變化范圍可達(dá)105倍)，如測(cè)量?jī)x器的量程設(shè)置太小，高輻射強(qiáng)度的

2、信號(hào)可能飽和；反之，如量程設(shè)置太大，低輻射強(qiáng)度的信號(hào)又測(cè)不到，因此對(duì)于這種場(chǎng)合的測(cè)量則要求測(cè)量?jī)x器量程可自動(dòng)變換。 能譜測(cè)量。輻射能譜上的特征是核能級(jí)躍遷及核同位素差異的重要標(biāo)志，核能譜也是核輻射的基本測(cè)量?jī)?nèi)容。精確的能譜測(cè)量要求儀器工作穩(wěn)定、能量分辨力達(dá)到幾個(gè)電子伏特，并具有抑制計(jì)數(shù)速率引起的峰位和能量分辨力變化等性能。 位置測(cè)量。基本粒子的徑跡及空間位置的精確測(cè)定是判別基本粒子的種類及其主要參數(shù)的重要手段。目前空間定位的精度可達(dá)到微米級(jí)。 波形測(cè)量。核信息波形的變化往往反映了某些核反應(yīng)過程的變化，因此核信息波形的測(cè)量是研究核爆炸反應(yīng)過程的重要手段，而該波形的測(cè)量往往是單次且快速(納秒至皮秒

3、級(jí))的。 圖像測(cè)量。核輻射信息的二維空間圖像測(cè)量是近年來發(fā)展起來的新技術(shù)。輻射圖像的測(cè)量方法可分為兩類：第一種是利用輻射源進(jìn)行透視以攝取被測(cè)物體的圖像；第二種是利用被測(cè)目標(biāo)體的自身輻射(如裂變反應(yīng)產(chǎn)生的輻射)以反映目標(biāo)體本身的圖像。圖像測(cè)量利用計(jì)算機(jī)對(duì)攝取的圖像信息進(jìn)行處理與重建，以便更準(zhǔn)確地反映實(shí)際和提高清晰度。CT技術(shù)就是這種處理方法的代表。2、抗輻射加固主要涉及哪些方面？抗輻射加固的研究重點(diǎn)最初是尋找能減弱核輻射效應(yīng)的屏蔽材料，后來在電路上采取某些抗輻射加固措施，然后逐漸將研究重點(diǎn)轉(zhuǎn)向?qū)ζ骷目馆椛浼庸獭?、核電子學(xué)的應(yīng)用領(lǐng)域主要包括哪些方面？核電子可應(yīng)用于核與粒子物理基本研究、核輻射探

4、測(cè)器電子學(xué)、核反應(yīng)堆電子學(xué)、加速器電子學(xué)、同位素應(yīng)用儀表、核醫(yī)學(xué)電子儀器以及劑量測(cè)量?jī)x器等。第二章 核輻射探測(cè)器及其輸出信號(hào)1、簡(jiǎn)述核電子學(xué)的基本測(cè)量過程。最基本的測(cè)量過程如下：2、簡(jiǎn)述核輻射探測(cè)器輸出信號(hào)特點(diǎn)。核電子學(xué)信號(hào)的特點(diǎn)是隨機(jī)性（時(shí)間、幅度）、信號(hào)弱，但跨度大（V幾十伏）、速度快。3、簡(jiǎn)述核輻射探測(cè)器的主要類型及其工作原理。一、 氣體探測(cè)器 它根據(jù)帶電粒子通過氣體時(shí)，引起氣體的電離來探測(cè)輻射粒子。早期這種探測(cè)器曾得到廣泛應(yīng)用，它的優(yōu)點(diǎn)是制備簡(jiǎn)單，性能可靠，成本低廉，使用方便，因而目前仍在應(yīng)用。隨著探測(cè)器技術(shù)不斷發(fā)展，在高能物理和重粒子物理實(shí)驗(yàn)中這種探測(cè)器已獲得新的應(yīng)用。二、 閃爍探測(cè)

5、器它根據(jù)射線與物質(zhì)相互作用產(chǎn)生的熒光現(xiàn)象來探測(cè)射線粒子。它比氣體探測(cè)器探測(cè)效率高得多，從而被廣泛使用，在不少儀器中閃爍探測(cè)器已取代了氣體探測(cè)器。三、 半導(dǎo)體探測(cè)器這是二十世紀(jì)六十年代以來迅速發(fā)展起來的一種新型探測(cè)器。主要優(yōu)點(diǎn)是：能量分辨率高。線型范圍廣，體積小。是近年來發(fā)展極為迅速的一種核輻射探測(cè)器件。4、核輻射探測(cè)器的基本性能指標(biāo)包括哪些？探測(cè)效率；靈敏度；靈敏度；輸出信號(hào)幅度和波形；能量分辨率；線性響應(yīng)；穩(wěn)定性5、畫出脈沖電離室、半導(dǎo)體探測(cè)器、閃爍探測(cè)器的等效電路。pp14-17第三章 核電子學(xué)電路基礎(chǔ)1、畫出矩形脈沖電壓作用下RC電路的脈沖響應(yīng)曲線。2、簡(jiǎn)述微分電路與耦合電路的區(qū)別。3、

6、畫出電流脈沖作用于RC并聯(lián)電路的輸出電壓波形。4、說明電容負(fù)載對(duì)微分電路輸出的影響。5、說明輸入脈沖邊沿對(duì)微分電路輸出的影響。第四章 核電子學(xué)中的噪聲習(xí)題1、 根據(jù)核探測(cè)器輸出信號(hào)的特點(diǎn)，說明核電子學(xué)與一般電子學(xué)的區(qū)別。2、 核電子學(xué)中遇到的噪聲主要有哪幾類？產(chǎn)生的原因分別是什么？對(duì)于幅度分析和時(shí)間分析，哪些噪聲最重要？3、 信噪比的定義。4、 半導(dǎo)體探測(cè)器主要存在哪些噪聲源？5、 閃爍探測(cè)器的噪聲主要來源是什么？6、 為什么正比計(jì)數(shù)器在測(cè)量低能射線的能譜方面有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)？7、 結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管噪聲來源有哪些？8、 表示系統(tǒng)噪聲性能有哪幾種方法？各有什么意義？輸入端的噪聲電壓是否就是等效電壓，為什

7、么？9、 設(shè)探測(cè)器反向電流ID=10-8A,后級(jí)電路頻寬為1MHz，計(jì)算散粒噪聲相應(yīng)的均方值和相對(duì)于ID的比值；10、 計(jì)算常溫下(T=300K) 5M電阻上相應(yīng)的均方根噪聲電壓（頻寬設(shè)為1MHz）。解：11、 求矩形脈沖通過低通濾波器，RC=T,RC=5T,RC=T/5的輸出波形及頻譜。12、 能譜測(cè)量系統(tǒng)的噪聲為什么通常折合到前置放大器的輸入端去考慮？“噪聲線寬”與“等效噪聲能量”的關(guān)系如何？噪聲線寬FWHMNE=2.355ENE13、下圖是兩個(gè)反饋放大器，若運(yùn)放的開環(huán)增益A，則兩者的閉環(huán)電壓放大倍數(shù)均為100，現(xiàn)假設(shè)A=1000，試計(jì)算它們的閉環(huán)放大倍數(shù)。(1)(2)14、A為理想運(yùn)放，

8、A，寫出下列電路輸出噪聲的表達(dá)式。（假設(shè)電路中電阻、電容無噪聲）(1)(2) 同上15、A為理想運(yùn)放，A，考慮電阻R1和R2的熱噪聲，分別寫出、以及R1、R2噪聲對(duì)輸出端噪聲的貢獻(xiàn)；又由于這四個(gè)噪聲源在統(tǒng)計(jì)上是獨(dú)立無關(guān)的，因此總的輸出噪聲的均方值為這四個(gè)噪聲均方值之和，請(qǐng)寫出。分別考慮電流、電壓噪聲、電阻熱噪聲的貢獻(xiàn)，應(yīng)用疊加原理；虛斷、虛短分析。16、假設(shè)電容C、電阻R1、R2沒有噪聲，試寫出如下電路輸出噪聲的表達(dá)式。17、畫出電阻熱噪聲的兩種表示（電壓噪聲源和電流噪聲源）及其等效電路。）第五章 信號(hào)與噪聲的分析方法習(xí)題1、 給出沖擊函數(shù)、階躍函數(shù)的定義及相互關(guān)系2、 證明如下公式（1）（2

9、）(3)(4)(5) 記 (6) (7)即 3、 對(duì)于下圖RC并聯(lián)電路，設(shè)輸入沖擊電流ii(t)=(t)，分別用時(shí)域法和頻域法求解系統(tǒng)的沖擊響應(yīng)和頻率響應(yīng)，證明它們是一對(duì)傅立葉變換。4、 根據(jù)運(yùn)用傅里葉變換的性質(zhì)求電容/電感的阻抗。5、 電路圖如下圖所示，其中R1=4K，R2=1K, C=1000pF，輸入信號(hào)vi(t)如下圖所示，求輸出信號(hào)vo(t)。 50 100 150vi(t)t(us)1v記t1=50us，t2=100us，t3=150us令 則 當(dāng)時(shí) 當(dāng)時(shí)6、 分析實(shí)際系統(tǒng)的頻域特性時(shí)常利用哪個(gè)函數(shù)作為輸入？為什么？解：函數(shù)，其頻譜為17、串聯(lián)的多級(jí)時(shí)不變線系統(tǒng)，在交換各級(jí)位置時(shí)具

10、有什么特性？應(yīng)注意哪些問題？8、簡(jiǎn)述坎貝爾定理9、敘述拉斯變換的定義10、在電子學(xué)中，傅里葉變換和拉氏變換分別用于系統(tǒng)的何種分析？為什么？11、根據(jù)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)H(s)可以分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性，請(qǐng)問什么情況下系統(tǒng)是穩(wěn)定的，什么情況下系統(tǒng)是不穩(wěn)定的？12、分析隨機(jī)過程常用的統(tǒng)計(jì)量包括哪些？13、描述噪聲的重要函數(shù)有哪些？分別給出什么信息？14、什么叫平穩(wěn)隨機(jī)過程？15、什么叫各態(tài)歷經(jīng)隨機(jī)過程？16、自相關(guān)函數(shù)及功率譜密度函數(shù)的定義17、寫出自相關(guān)函數(shù)的基本性質(zhì)18、寫出噪聲通過線性系統(tǒng)H(w)后，輸出噪聲功率譜密度及均方值與輸入噪聲功率譜之間的關(guān)系。并舉例說明。19、什么叫白噪聲？第六章 前置放大

11、器習(xí)題1、 在核電子學(xué)中為什么通常要把放大器分成前置放大器和主放大器兩部分？2、 前置放大器可分為哪幾類？分別適用于什么場(chǎng)合？3、 簡(jiǎn)述前置放大器的作用 4、 為什么電壓靈敏前置放大器一般只適用于穩(wěn)定性要求不高的低能量分辨率？5、 為什么電荷靈敏前置放大器常用于高能量分辨率能譜儀系統(tǒng)？為何要附加反饋電阻？6、 為何電流靈敏前置放大器主要用于時(shí)間測(cè)量系統(tǒng)？7、 電荷靈敏前置放大器噪聲包括哪些噪聲？寫出a,b,c噪聲的表達(dá)式。8、 電荷靈敏前置放大器的電路有哪三個(gè)種類？9、 阻容反饋式電荷靈敏前放電路的特點(diǎn)。（參見教材電路圖）10、 低噪聲電荷靈敏前置放大器主要元件選擇原則11、 脈沖光反饋式電荷

12、靈敏前置放大器工作原理12、 漏反饋電荷靈敏前置放大器工作原理13、 電荷靈敏放大器的主要性能指標(biāo)包括哪些？14、 什么是零電容噪聲和噪聲斜率？15、 前放輸出信號(hào)的上升時(shí)間tR0和哪些因素有關(guān)？16、 噪聲的測(cè)量的方法有哪兩種？分別寫出兩種方法的測(cè)量步驟。17、 畫出電壓靈敏前放的等效電路。18、 為什么電壓靈敏前放穩(wěn)定性較差？19、 電流靈敏前放可應(yīng)用于哪四個(gè)方面？為什么？20、 簡(jiǎn)述電流靈敏前放的基本要求。21、 低噪聲電流靈敏前放有哪兩種實(shí)現(xiàn)方式？22、 畫出電荷靈敏+成形網(wǎng)絡(luò)的電路原理圖，分析其電流增益。23、 畫出電壓電流變換器+成形網(wǎng)絡(luò)的電路原理圖，分析其輸入阻抗。24、 證明電

13、荷靈敏前置放大器輸出幅度的穩(wěn)定性滿足如下關(guān)系(1) 記(2)25、假設(shè)輸入電流為Q，利用復(fù)頻域分析法求如下電荷靈敏前置放大器的輸出電壓。, 26、下圖中(1)、（2）、（3）分別為電壓靈敏、電荷靈敏和電流靈敏前置放大器的原理圖。假設(shè)開始時(shí)所有電容器上的電壓均為零，輸入兩種探測(cè)器電流、波形如圖所示的和。分別畫出兩種輸入情況下電路（1）、（2）的輸出電壓和（3）的輸出電流的波形。(a) (1) i(t)=Q(t) I(s)=Q A=1 (2) T=20ns i(t)=(b) 同圖(a)(c)(1) i(t)=Q(t) (2)27、一個(gè)用于輻射測(cè)量的放大電路，第一級(jí)為電荷靈敏前置放大器，第二、三級(jí)是

14、主放大器的前半部分電路。電流源代表鍺鋰Ge(Li)半導(dǎo)體探測(cè)器的輸出信號(hào)，77K時(shí)半導(dǎo)體鍺的平均電離能，被測(cè)輻射是1.3MeV的射線。假設(shè)信號(hào)來到之前Cf兩端電壓為零。（1）估計(jì)射線進(jìn)入處于77K半導(dǎo)體探測(cè)器產(chǎn)生的電流脈沖的電荷量Q。（2）定量畫出的波形。28、如圖所示為電荷靈敏放大器的原理圖，運(yùn)放開環(huán)電壓放大倍數(shù)A=5000，且與頻率無關(guān)。輸出脈沖幅度可表示為：。試問：（1） A變化1%，VOM變化多少？（2） Ci因探測(cè)器電容的變化而改變1%，VOM變化多少？(1)(2)29、設(shè)運(yùn)放開環(huán)電壓放大倍數(shù)A有限，與頻率無關(guān)。請(qǐng)精確推導(dǎo)運(yùn)放輸入、輸出波形和的表達(dá)式，注明其幅度和時(shí)間常數(shù)。根據(jù)米勒定

15、理，原電路可等效為30、某電荷靈敏放大器的零電容噪聲為0.7KeV，噪聲斜率為0.03KeV/pF?，F(xiàn)有兩種探測(cè)器和它連用，兩種探測(cè)器的電容分別為10pF和150pF，試分別計(jì)算系統(tǒng)的總噪聲。C1=10pF C2=150pF 31、如圖所示的放大電路，跨導(dǎo)放大器輸入量為電壓，輸出為電流，跨導(dǎo)G=10mA/V；電路R、C參數(shù)如圖所示，輸入電流沖擊。（1）推導(dǎo)出波形的表達(dá)式，并確定其幅度和時(shí)間常數(shù)。（2）帶入電路參數(shù)，計(jì)算輸出電壓上升時(shí)間的數(shù)值（）。（3）探測(cè)器電容變化而使Ci變化時(shí)，tR也隨之變化，電荷靈敏放大器的上升時(shí)間斜率這一技術(shù)指標(biāo)定義為，單位是ns/pF，即輸入電容每增加1pF，輸出上升

16、時(shí)間增加多少ns。試推導(dǎo)與電路參數(shù)的關(guān)系式（設(shè)是Ci的微小變化），并計(jì)算出的數(shù)值。32、阻容（Rf，Cf）反饋電荷靈敏放大器輸出電壓的變動(dòng)范圍可用坎貝爾（Campbell）定理計(jì)算。假設(shè)每一個(gè)探測(cè)器電流脈沖的電荷量均為Q，單個(gè)脈沖輸出幅度，設(shè)，則探測(cè)器和前放間直接耦合的電荷靈敏放大器，其輸出電壓的變動(dòng)范圍為，其中是輸出電壓的平均值：；是輸出電壓的均方根偏差（標(biāo)準(zhǔn)偏差），。輸出電壓的變動(dòng)范圍隨機(jī)不確定，99%的概率在范圍內(nèi)。對(duì)于探測(cè)器和前放間交流耦合的電荷靈敏放大器，輸出電壓的變化范圍為；現(xiàn)令，庫侖，試估算直接耦合和交流耦合電荷靈敏放大器的輸出電壓變動(dòng)范圍。直流 輸出電壓動(dòng)態(tài)范圍 交流 輸出電壓

17、動(dòng)態(tài)范圍 第七章 譜儀放大器習(xí)題1、 簡(jiǎn)述濾波成形的含義。2、 給出理論上最佳濾波器的頻率響應(yīng)并加以證明，并說明最佳濾波器輸出波形的特點(diǎn)。3、 證明由白化濾波器和匹配濾波器構(gòu)成串聯(lián)濾波系統(tǒng)是最佳濾波系統(tǒng)。4、 試分析CR-RC濾波器的最佳信噪比。5、 用于幅度信息處理系統(tǒng)中的濾波成形電路需要滿足哪些方面的要求？6、 試述極零相消的原理。7、 說明彈道虧損的原因。 8、 峰堆積和尾堆積對(duì)輸出信號(hào)幅度會(huì)帶來什么樣的影響和譜形畸變? 9、 給定計(jì)算率n, 峰持續(xù)時(shí)間tw，計(jì)算峰堆積的概率，并加以分析。 10、 在交流耦合系統(tǒng)中，雙極性輸入脈沖信號(hào)在什么條件下可以避免基線偏移和漲落？為什么？ 11、

18、減少堆積影響的方法有哪些？12、 (CR)-(RC)m和(CR)2-(RC)m濾波成形電路輸出信號(hào)波形的形狀和幅度的特點(diǎn)。 13、 單極性和雙極性成形各適用于什么情況下的測(cè)量？14、 采用具有共扼復(fù)數(shù)極點(diǎn)的有源濾波器有何意義？15、 有源濾波器和無源濾波器的區(qū)別以及有源濾波器的特點(diǎn)。16、 什么叫模擬展寬器？畫出模擬展寬器的原理圖及輸出波形；17、 簡(jiǎn)述模擬展寬器的技術(shù)指標(biāo);18、 什么叫采樣保持器?19、 什么叫基線恢復(fù)器?作用是什么?20、 基線恢復(fù)器的種類有哪些?21、 畫出無源和有源CD恢復(fù)器的原理圖;22、 畫出無源和有源CDD基線恢復(fù)器的原理圖,并簡(jiǎn)述其工作原理.23、 使用基線恢復(fù)器應(yīng)注意哪些問題?第八章 脈沖幅度分析器習(xí)題1、 簡(jiǎn)述脈沖幅度甄別器的功能；2、 對(duì)于脈沖幅度甄別器，當(dāng)輸入信號(hào)過窄時(shí)，即使幅度達(dá)到甄別閾，輸出脈沖也只能上升到不大的數(shù)值，因而不能被后級(jí)記錄下來。為什么？3、 在核電子儀器中，常用哪種電路作為脈沖幅度甄別器？4、 什么叫能譜曲線？5、 簡(jiǎn)述脈沖幅度甄別器的主要特性6、 單道脈沖幅度甄別器的作用是什么？7、 畫出單道脈沖幅度甄別器的原理圖。