气体探测器篇(4)_脉冲电离室输出回路分析

脉冲电离室输出回路常见的接法是收集电极经负载电阻RL接地，收集电极输出的脉冲直流或者交流耦合至外部的前置放大器，下图1展示的是直流耦合。

 

 

                           

                                                           图1：电离室直流耦合输出回路

其中C0为电离室电容，C’为杂散电容，RL为电离室负载电阻，Ri和Ci为外接前置放大器的输入电阻和输入电容。电离室的输出回路可以等效为如图2所示：

                                                                    图2：电离室输出等效电路

图2中R=(RLRi)/(RL+Ri)，C= C0+ C’ +Ci，电离室可以看成一个电流源，输出的电流为I(t)，输出的电压为V(t)，电流与电压的关系可以表示如下：

 

该方程为一阶线性微分方程，初始条件为t=0时，I(t)=0，V(t)=0，则输出的脉冲电压为：

上式为输出电压脉冲V(t)的一般表达式，RC称为输出回路的时间常数，其大小直接影响输出脉冲的幅度和波形。典型的输出电压波形如下图所示：

这里可以简要说明以下，电离室中的电子和离子给电容C充电的同时，电容C通过R也在放电：

1，当电路时间常数RC 在x0/v-量级时，电路放电速度相对快，由于电子脉冲速度很快，所以此时输出电压上升沿由电子脉冲贡献，当电子脉冲结束后，离子脉冲的充电速度相对RC放电慢，所以之后电容C一直在净放电，因此输出的电压脉冲一直减小，直到C上的电荷放完，因此下降沿主要由RC时间常数决定。

2，当RC在(d-x0)/v+量级时，电子脉冲和离子脉冲给C充电时，充电速度要快于RC电路的放电速度，所以输出电压幅度一直在上升。但是当随着离子被收集，充电速度会越来越慢，相对来说放电速度就变快了，于是输出电压幅度则慢慢下降，直到C上的电荷放完。

3，当RC远大于(d-x0)/v+时，可以认为此时RC电路放电速度极慢，电子和离子均给C充电直到全部被收集，因此输出电压幅度慢慢变大，直到保持到最大值附近。

  

参考文献：

[1]原子核物理实验方法

[2]粒子探测技术及数据获取