光电倍增管的分压器设计有哪些?

发布网友发布时间：2022-04-24 13:47

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热心网友时间：2023-10-15 01:09

1.设计的基本原则合理设计分压器对正确使用光电倍增管是非常重要的，不恰当的分压器会引起管子的分辨率、线性和稳定性变化。分压器的设计应根据对光电倍增管的要求（最佳信噪比、高增益、大电流输出等）来考虑。光电倍增管的分压器可细分为三个部分：前级（阴极—第一倍增极）、中间级、末级，如图4-3-10所示。

（1）阴极—第一倍增极。维持阴极与第一倍增极之间具有适当高的电场是很重要的。前级电压的分配是由电子收集效率，第一倍增极二次电子发射系数、时间特性、信噪比决定的，应用于能谱分析的光电倍增管前级电压由脉冲幅度分辨率或噪声这些参数来确定。

（2）中间级倍增极的电压可根据需要的增益来选择。在某些场合，希望降低管子的增益而不改变总电压。简单方法是调节中间级倍增极之间电位来达到（在一定范围内是适用的），中间级倍增极一般采用均匀分压器，但对聚焦型结构（直线聚焦结构），前面几个倍增极之间的电压，对脉冲幅度分辨率和时间特性等参数仍有相当大的影响，应仔细挑选。

（3）末级倍增极分压器由输出线性决定。在一些应用中（如高能物理）有强的脉冲信号输出，为了降低空间电荷效应，在电荷密度较高的后几个倍增极和阳极上所加的电压应适当提高，增加后几个倍增极和阳极的电压梯度。基于这种考虑，一般采用锥形分压器。为了避免在最后几个倍增极中由于信号脉冲电流过大而影响倍增极电位分布，往往需要在最后若干个倍增极接上去耦电容（脉冲信号型分压器）。电容值依赖于输出电荷。如果线性要求优于10%，电容的取值要达到每个脉冲输出电荷的至少100倍，即：

式中　I——峰值输出电流，A；T——脉冲宽度，s；V——电容上所加电压，V。

2．通用分压器（1）直流（DC）输出型（图4-3-11）。

（2）脉冲信号型（图4-3-12）。

在最后几个倍增极接上去耦电容，在脉冲期间，补充光电倍增管电荷，以抑制末级倍增极和阳极电压的下降，而大大改善脉冲线性。

（3）时间型（图4-3-13）。

3.典型分压器典型分压器分为高线性（大电流）输出分压器、减少振荡的分压器、增益可控制的分压器。高线性（大电流）输出分压器有递增型（锥形）分压器、稳压管分压器、单向倍加器分压器、晶体管分压器。增益可控制的分压器有（采取措施）倍增极与阳极短接、调节倍增极电位等。

1）高线性（大电流）输出分压器电路（1）递增型（锥形）分压器如图4-3-14所示。

（2）稳压管分压器。在前级和末级两级中把分压器电阻改用齐纳二极管（图4-3-16），不管阴极—阳极间加的电压大小，都能维持电极电压一定而使光电倍增管稳定工作，并能取得最大的输出线性。

（3）单向倍加器分压器。如图4-3-17所示，单向倍加器分压器在每个接点串联一个电容，这种兼有电源的分压器，具有高输出线性（图4-3-18）。

（4）晶体管分压器（图4-3-19）。在闪烁计数应用里，当光电倍增管用在高计数时，常发生输出线性问题。在这种场合，可用晶体管来代替分压器电阻。这种由分压器电阻引起的输出线性降低可得到改善。建议用此方法在双探测器碳氧比能谱测井仪器近探测器中可试验一下高计数率。

2）减少振荡的分压器在快速（10ns以下）应场中，可采用最后二级倍增极接上阻尼电阻Rn+1、Rn+2，电阻值为10～100Ω，可以减少振荡，如图4-3-20、图4-3-21所示。

3）增益可控制的分压器电路光电倍增管输出控制，通常以改变所加的电压来实现。但有时不希望改变高压，而且在管子增益较高，工作电压较低的场合，由于倍增极电压低，会使收集效率、二次发射系数变低，这时可采用以下两种办法。

（1）倍增极与阳极短接（图4-3-22）。这实际上是减少倍增极级数来控制增益，并可提高极间电压、提高信噪比。可以从阳极或倍增极输出。

（2）调节中间倍增极电位。在中间倍增极加可调电阻（电位器），如图4-3-23所示。调节中间倍增极电压，控制光电倍增管增益。试验表明，保持前级空间电位恒定，仅改变中间倍增极电压来调节光电倍增管增益是有效的。