《核電子學(xué)》習(xí)題解答

1、.第一章1.1核電子學(xué)與一般電子學(xué)的不同在哪里？以核探測器輸出信號(hào)的特點(diǎn)來說明。在核輻射測量中，最基本的特點(diǎn)是它的統(tǒng)計(jì)特性、非周期性、非等值性，核電子學(xué)分析這種信號(hào)，經(jīng)處理得到有用的信息。gt /1.4 當(dāng)探測器輸出等效電流源 io (t ) I 0 e時(shí)，求此電流脈沖在探測器輸出回路上的輸出波形并討論R0C0<< 的情況。V0 (s) = I 0 (s)·R0 (1/sc)= I 0 1/(s+1/) ·R0(1/sc 0)/( R 0 +(1/sc 0)=( I 0/ c 0 )·1/(s+1/) (s+1/ R 0 c0 )當(dāng) R0 c0 <

2、;< 時(shí)，R0 c0可編輯.1.5 如圖，設(shè)，求輸出電壓 V(t) ?？删庉?1.6 表示系統(tǒng)的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噪聲電壓？為什么？ENVENCENNENE (FWHM) NE不是1.7 設(shè)探測器反向漏電流ID =10 -8 A，后級(jí)電路頻寬為1MHz, 計(jì)算散粒噪聲相應(yīng)的方根值和相對于ID 的比值。diD 22I D e df5.66 10 11 A =diD25.66 103I D=1.8 試計(jì)算常溫下（設(shè)T=300K ）5M 電阻上相應(yīng)的均方根噪聲電壓值（同樣設(shè)頻寬為1MHz ），并與 1MHz 能量在 20pF 電容上的輸出幅值作比較

3、。dv2di 2 R24kT df R22.88 10 5 VRE1CV 22V2E/C0.126V可編輯.1.9求單個(gè)矩形脈沖f（t ）通過低通濾波器， RC=T ，RC=5T ，及 RC=T/5 ，時(shí)的波形及頻譜。Ut1.10 電路中，若輸入電壓信號(hào) Vi （t ）= （t ），求輸出電壓信號(hào) V0 （t），并畫出波形圖，其中 A=1 為隔離用?？删庉?1.12 設(shè)一系統(tǒng)的噪聲功率譜密度為 Si ( ) a2b2 /2c2 / ，當(dāng)此噪聲通過下圖電路后，求A 點(diǎn)與 B 點(diǎn)的噪聲功率譜密度與噪聲均方值。對A點(diǎn)：噪聲均方值：可編輯.對B點(diǎn)：噪聲均方值：第二章2.1 電荷靈敏前置放大器比電壓靈敏

4、前置放大器有什么優(yōu)點(diǎn)？為什么把反饋電容稱為積分電容，作用是什么？優(yōu)點(diǎn)： VOM 穩(wěn)定性高，能用高能量分辨能譜系統(tǒng)Cf 起積分作用，當(dāng) A 很大時(shí)，可編輯.2.2 試對下圖典型的電荷靈敏前置放大器電路在輸入沖擊電流 I(t)=Q ·(t)時(shí)，RfCfVo ( t )i(t)A1（ 1）求 Vo(t) 的一般表達(dá)式（ 2）當(dāng) Cf =1pF, R f=10 9時(shí)，畫出大致波形并與 Rf時(shí)作比較。（ 1）（ 2）Rf Cf =10 9 ×10-12 =10 -3 (S)V(t)2可編輯t-Q/Cf-3.2.4 一個(gè)低噪聲場效應(yīng)管放大器， 輸入等效電容 Ci=10pF ，輸入電阻R

5、i =1M ，柵極電流 IG=0.1 A，跨導(dǎo) g m =1mA/V ，Cgs <<C c，放大器頻帶 f=10MHz ，T=290K ，1/f 噪聲可忽略，求輸入端等效噪聲。2.6 分析快電荷靈敏前置放大器，（ 1）畫出簡化框圖（ 2）分別計(jì)算電荷和能量變換增益；（=3.6ev/ 電子空穴對， e=1.6 ×10 -19 庫侖）（3）估算電路的開環(huán)增益（g m =5mA/V, A 3=0.98 ）（4）估算該前放的上升時(shí)間（Ca=5pF, C i=5pF ）可編輯.（ 2）ACQ =1/Cf=1 ×10 12 V/C ACE=e/(C f )=44.4 mv/

6、Mev（ 3）A0 =g m R6 /(1-A 3 )=3000（ 4）tr 0 =2.2R aCa/(1+A 0F0 )=2.2C a(Ci+C f )/g m Cf =13.2 ns2.7 討論電荷靈敏、電壓靈敏、電流靈敏三種前置放大器的特性，各適于哪方面的應(yīng)用，為什么？電流靈敏前放輸出快， 對輸出電流信號(hào)直接放大，常用作快放大器， 但相對噪聲較大，主要適用于時(shí)間測量系統(tǒng)。 電荷靈敏前放和電壓靈敏前放用于能譜測量系統(tǒng)，電荷靈敏前放比電壓靈敏前放輸出電壓穩(wěn)定性高，可用在能量分辨率較高的系統(tǒng)。第三章3.1 試論述放大器在核物理實(shí)驗(yàn)中的作用，對各個(gè)性能指標(biāo)應(yīng)如何協(xié)調(diào)考慮？放大器在核物理實(shí)驗(yàn)中主要

7、有放大和成形作用。，且必須保持探測器輸出的有用信息。對各個(gè)性能指標(biāo)應(yīng)從能量測量和時(shí)間測量分別考慮?？删庉?3.2 譜儀放大器的幅度過載特性含義是什么？計(jì)數(shù)率過載含義是什么？二者引起的后果有何區(qū)別？幅度過載：信號(hào)超出線性范圍很大時(shí)，放大器一段時(shí)間不能正常工作，后果：不能工作的死時(shí)間存在計(jì)數(shù)率：放大器中由于計(jì)數(shù)率過高引起脈沖幅度分布畸變后果：峰偏移和展寬3.3 試說明能否通過反饋來減少干擾和噪聲對放大器的影響？用什么方法可以減少干擾和噪聲對放大器的影響？不能。用同向接法。用雙芯同軸電纜把信號(hào)送到差分放大器。3.4 試分析和討論下面兩個(gè)譜儀放大節(jié)電路，指出在電路中采取了什么措施，目的是什么？可編輯1

8、23.+18V245.1K1.5K0.01u30u24Q220KQ30.01uQ4Q12KVi(t)6.2kVo(t)5051030u10u3.6k9.1k-18V240.01u30ua：T1 共射極放大， T3,T4 兩級(jí)共集電極放大恒流源作負(fù)載， 10 自舉電容，電壓并聯(lián)負(fù)反饋。123可編輯.b ：T1 共基， T2 共射， T3 共集， T4 ，T5 互補(bǔ)復(fù)合跟隨器。1自舉電容，電壓并聯(lián)負(fù)反饋。3.5 極零相消電路和微分電路有什么區(qū)別？如何協(xié)調(diào)圖示的參數(shù)，使它能達(dá)到極零相消的目的？可編輯.不同之處，極零相消使時(shí)間常數(shù)變小，指數(shù)衰減信號(hào)通過微分電路會(huì)產(chǎn)生下沖。故“極”“零”相消，即 s+1

9、/t與 s+1/t2相消，所以當(dāng)= 2 時(shí)滿足，即=R 2C.3.6 有源積分濾波器與無源積分濾波器相比有什么優(yōu)點(diǎn)？門控積分濾波器有什么特點(diǎn)？優(yōu)點(diǎn)：有源濾波器更接近于理想的微分和積分特性，把放大和濾波成形連在一起，既節(jié)省元件，又比無源濾波器級(jí)數(shù)少，效果好。門控有源積分器輸出平頂波波形，對減少彈道虧損很有利，信噪比相對較好?？删庉?3.7試說明核信號(hào)通過圖示的濾波成型電路后得到什么，失去什么，畫出圖形。得到能量信息，失去了時(shí)間信息。極零相消，兩次無源積分，加兩次有源積分。3.8 說明彈道虧損的原因。輸入電流的脈沖寬度有限時(shí)，在信號(hào)的寬度內(nèi)，電容C 被充電，且通過 R 放電，故產(chǎn)生彈道虧損。3.9

10、 什么是信號(hào)的峰堆積和尾堆積？對輸出信號(hào)的幅度產(chǎn)生什么影響？引起什么樣的譜形畸變？其它信號(hào)尾部或峰部影響信號(hào)峰值。影響：增加幅度。引起峰值右移， 出現(xiàn)假峰。3.10 說明基線起伏的原因。 并分析 CCD 基線恢復(fù)器的工作原理， 輸入圖示波形，畫出輸出波形?？删庉?脈沖通過 CR 網(wǎng)絡(luò)時(shí)，由于電容器上的電荷在放電時(shí)間內(nèi)，未能把充電的電荷放光，下一個(gè)脈沖到達(dá)時(shí)， 電容器上的剩余電荷將引起這個(gè)新出現(xiàn)的脈沖的基線偏移。輸出波形趨勢線：可編輯.3.11門控基線恢復(fù)器有什么特點(diǎn)？并聯(lián)型的和串聯(lián)型的有什么區(qū)別？門控基線恢復(fù)器消除了單極性脈沖信號(hào)產(chǎn)生的下?lián)粜盘?hào)，改善了恢復(fù)器對小間隔信號(hào)的非線性，因此有很高的計(jì)

11、數(shù)率特性。不同：記憶電容C 串聯(lián)或并聯(lián)于信號(hào)通道之中。3.12 高能量分辨率和高計(jì)數(shù)率譜儀放大器是如何來消除峰堆積現(xiàn)象的？加入堆積拒絕電路是否可以使譜儀放大器的計(jì)數(shù)率提高很多？為什么？加入堆積拒絕電路來消除不能使計(jì)數(shù)率提高很多，但能保證譜型更加明顯，是以犧牲計(jì)數(shù)率為代價(jià)的。3.13 快電壓放大器和快電流放大器各有什么特點(diǎn)？他們和譜儀放大器相比有什么不同？快電壓放大器放大速度比快電流放大器要慢一些，但從穩(wěn)定性來講要好一些， 信號(hào)匹配方式為并聯(lián)?？祀娏鞣糯笃鞯姆植茧娙莸挠绊戄^小，放大速度可以很快，信號(hào)匹配為串聯(lián)?？旆糯笃髋c譜儀放大器并無原則差別，只是在指標(biāo)上有所不同。3.14 試分析圖示的快放大節(jié)

12、電路特點(diǎn)?？删庉?+Ec500C1KC2T2470.8-8T1T3Vi50510VoC10.8-8-EcT1 為共射極放大，有射極電阻。T2，T3 為共集電極射極跟隨器。C 為自舉電容。C1 相位補(bǔ)償。3.15 使用電阻式弱電流放大器要注意些什么問題？12縮短測量時(shí)間可以減小零點(diǎn)偏移引起的誤差，但是測量時(shí)間的減小和靈敏度的提高互相制約。 當(dāng)放大器與信號(hào)源用屏蔽電纜連接時(shí)，由于電纜電容較大， 測量時(shí)間就會(huì)變得很長。第四章可編輯.4.1 在圖的集成電路脈沖幅度甄別器中，若VH =0V ，VL= 2.6V ，R2 =510 ，R3 =5.1 ，R4=100 ，求滯后電壓？4.2 在圖參考電壓運(yùn)算器中

13、，若VT=5.00V ，VW =0.50V ，求非對稱和對稱時(shí)的上閾電平、下閾電平、道寬及道中心。非對稱：對稱：4.3 在一個(gè)線性放電型模數(shù)變換器中，若保持電容 CH =1500pF ，恒定電流 I=100 A，時(shí)鐘頻率 2MHz ，若輸入信號(hào)幅度為 5.00V 。1求出該模數(shù)變換器的道數(shù)m 、道寬和變換系數(shù)?？删庉?2若時(shí)鐘頻率為 100MHz ，其它參量不變，求道數(shù)、道寬和變換系數(shù)及輸出 m 。T0 =1/F,23（ 2） 同理，代入 F=100mHZ,m=7500 ，H=0.667mV/道， P=1500道/V4.7 下圖是一個(gè)實(shí)際的模擬展寬器的原理電路圖，試畫出各點(diǎn)波形。A1DV1(

14、t )Vc ( t )Vi(t)A2Vo(t)VFCHT可編輯TitleSizeN.4.10 脈沖幅度甄別器的功能是什么？脈沖幅度甄別器是將輸入模擬脈沖轉(zhuǎn)換成數(shù)字邏輯脈沖輸出的一種裝置。理想的脈沖幅度甄別器具有以下功能：當(dāng)一個(gè)輸入脈沖的幅度超過一定的閾電平時(shí)，則輸出一個(gè)數(shù)字脈沖， 而與輸入脈沖的幅度、上升時(shí)間、寬度等參數(shù)無關(guān)。 若輸入脈沖的幅度低于給定的閾電平則無輸入脈沖。4.11 簡述用集成電路比較器構(gòu)成的脈沖幅度甄別器的工作原理。可編輯.集成電路脈沖幅度甄別器由電壓比較器接成交流耦合施密特電路而構(gòu)成。脈沖信號(hào)接到電壓比較器的反向輸入端， ，而同向端加上閾電平V T。比較器的輸出信號(hào)經(jīng)過電容

15、反饋到同相端，為正反饋連接方式。平時(shí)，甄別器輸出處于高電平， 當(dāng)輸入信號(hào)的幅度超過與閾電平時(shí)，甄別器觸發(fā)，輸出電壓跳變，從高電平到低電平，幅度為兩者之差。4.12 脈沖幅度甄別器的主要指標(biāo)是什么？主要指標(biāo)：1輸入靈敏度2穩(wěn)定性3漲落或閾模糊區(qū)4輸出脈沖的幅度、寬度5甄別閾范圍6速度（響應(yīng)和恢復(fù)的快慢）4.13 通常如何解決單道分析器中的定時(shí)誤差問題？最直接的辦法是：延遲下甄別器的輸出脈沖， 再拉寬上甄別器的輸出脈沖， 從而使得作為反符合信號(hào)的 Vu 可完全禁止下甄別器的V l 輸出。4.14 試畫出單道脈沖幅度分析器的一種結(jié)構(gòu)方框圖，說明原理?？删庉?4.15 單道分析器的主要指標(biāo)是什么？單道

16、主要指標(biāo) :1動(dòng)態(tài)范圍2線性3八小時(shí)穩(wěn)定性4溫度系數(shù)5雙脈沖分辨時(shí)間6最高計(jì)數(shù)率7輸入脈沖要求8輸出脈沖為正極性4.16 單道分析器的主要用途有哪些？單道脈沖幅度分析器每測一個(gè)能譜需逐點(diǎn)改變閾值，費(fèi)時(shí)費(fèi)力， 誤差大，但結(jié)構(gòu)簡單，價(jià)格便宜。可以選擇感興趣的幅度范圍或選一定的能量范圍信號(hào)作為校正信號(hào)，仍有廣泛的應(yīng)用?？删庉?4.18 什么是 ADC 的道寬？什么是ADC 的變換系數(shù)？它們之間有什么關(guān)系？道寬：單位道數(shù)之間的電壓幅度。變換系數(shù)：單位幅度可變換成的道數(shù)二者成倒數(shù)關(guān)系4.26 線性放電型 ADC 和逐次比較型 ADC 各有什么優(yōu)缺點(diǎn)？線性放電型，電路簡單，道寬一致性好，便于生產(chǎn)，但變換時(shí)

17、間較大，而且隨著道數(shù)的增多，變換時(shí)間也會(huì)增加。逐次比較型，變換速度快，易于生產(chǎn)，功耗低，價(jià)格低，但道寬一致性較差。4.28 什么是 ADC 的零道閾或偏置，有何實(shí)際意義？偏置或零道閾是指模數(shù)變換器的零道所對應(yīng)的輸入信號(hào)幅度。引入偏置一方面可以節(jié)省存儲(chǔ)區(qū)，另一方面可以把感興趣的幅度譜擴(kuò)大到最大道數(shù)范圍進(jìn)行測量，從而提高分辨率。4.29 ADC 的積分非線性和微分非線性是如何定義的？積分非線性：可編輯.微分非線性：第五章5.1 前沿定時(shí)中， 若輸入信號(hào)前沿為線性變化，達(dá)峰時(shí)間 t M =2.0ns ，最大幅度VM =10V ，閾值 VT=0.1V 。求輸入信號(hào)幅度從0.1V 變到10V 時(shí)的定時(shí)誤

18、差。5.3 前沿定時(shí)中，設(shè)輸入信號(hào)前沿線性增長，上升時(shí)間1.0ns ，閾值約 0.1V 。輸入信號(hào)上升時(shí)間變化為± 0.2ns ，幅度從 0.1V 變到 10V ，求前沿定時(shí)誤差。5.4前沿定時(shí)中，設(shè)輸入信號(hào)為，閾值為 VT。1如果輸入信號(hào)幅度從 V1min變到 V1max ，而時(shí)間常數(shù)不變，求可編輯.前沿定時(shí)的定時(shí)誤差。2如果輸入信號(hào)幅度V1 不變，而時(shí)間常數(shù)從 min 變到max ，求前沿定時(shí)的定時(shí)誤差。3如果輸入信號(hào)的幅度和時(shí)間常數(shù)同時(shí)如（ 1.），（2.）中的變化，求前沿定時(shí)的定時(shí)誤差。5.7 設(shè)起停型時(shí)幅變換器的充電電容C 為200pF ，充電電流I=10mA 。求起始信號(hào)

19、和停止信號(hào)之間的時(shí)間間隔為 50ns 時(shí)，時(shí)幅變換器的輸出幅度為多少伏？t=50nsVo(t)=(I/C)·t=5(V)5.9 一個(gè)起停型時(shí)幅變換器，恒定電流的最大值為8mA ，最小充電電容為 100pF ，最小輸出幅度為0.1V 。求這個(gè)時(shí)幅變換器能測量的可編輯.最小時(shí)間間隔為多少？Vo(t)=(I/C)·tCgVmin (t ) t1.25(ns)I5.11 由起停型時(shí)幅變換器和多道脈沖幅度分析器組成一個(gè)時(shí)間多道分析器。時(shí)幅變換器中恒定電流 I 為 1mA ，變換電容 C 為 100pF ，多道脈沖幅度分析器道數(shù)為 1000 道，最大分析范圍為 10V 。求這個(gè)時(shí)間多道

20、分析器能測量的最小時(shí)間間隔是多少？Vmin (t)=1000/10=0.1(V)第六章6.1設(shè)有六級(jí)十進(jìn)制計(jì)數(shù)單元構(gòu)成定標(biāo)器的計(jì)數(shù)電路，當(dāng)輸入信號(hào)計(jì)數(shù)率 n=10 5/s 時(shí)，第一級(jí)十進(jìn)制單元的計(jì)數(shù)率損失1 =1% 。求：1輸入計(jì)數(shù)率 n=10 6 /s 時(shí)的1 值2若第六級(jí)十進(jìn)制計(jì)數(shù)單元最高計(jì)數(shù)率f6max =10 5 Hz ，該機(jī)的計(jì)數(shù)損失6 為多少？可編輯.6.2 線性率表如下圖所示。在計(jì)數(shù)率n=10 5 /s 時(shí)，輸出電壓相對統(tǒng)計(jì)偏差v/V o 為 10% ，C1=200pF，R=50k ，C=0.02 F。若 n 減小為 10 2 /s ，要求保持輸出電壓值和相對統(tǒng)計(jì)偏差不變，R 值

21、也不變，求出 C1 和 C 的數(shù)值。可編輯.由于 v，Vo 保持不變， n 從 10 5 /s 減小為10 2/s ，C=0.02 F×100=20 FC1=0.2 F6.3 試說明多道分析器三種基本數(shù)據(jù)獲取方式的特點(diǎn)。畫出 PHA,MCS 方式簡單的工作流程圖。（ 1） PHA圖 指定道址內(nèi)容加1 。（ 2） MCS 圖按時(shí)間順序測量各段時(shí)間間隔內(nèi)的計(jì)數(shù)，依次把測量結(jié)果存入各個(gè)道的存儲(chǔ)單元內(nèi)，如同多個(gè)定標(biāo)器在各段時(shí)間內(nèi)進(jìn)行計(jì)數(shù)測量。（ 3） LIST幅度 - 時(shí)間，波形記錄。6.5 一個(gè) 8192 道分析器，每道最大計(jì)數(shù)容量為10 6 ，用每片存儲(chǔ)容量 4k ×8 位存儲(chǔ)器芯片構(gòu)成多道分析器的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器， 問至少需要多少片？它需要多少根地址線？可編輯.6.10 多參數(shù)譜數(shù)據(jù)獲取方式與單參數(shù)譜數(shù)據(jù)獲取方式上有何區(qū)別？如何實(shí)現(xiàn)多參數(shù)譜數(shù)據(jù)獲?。慷鄥?shù)譜獲取方式需同時(shí)測量多個(gè)相關(guān)聯(lián)事件中的多個(gè)參量的概率分布。獲取方式主要有三種：事件記錄方式，數(shù)字窗方式，聯(lián)合存貯方式。6.11 分布式處理系統(tǒng)有何特點(diǎn)？分布式處理系統(tǒng)的主要特點(diǎn)是子系統(tǒng)中的處理機(jī)分