本應(yīng)用筆記討論了實現(xiàn)伽馬光子輻射探測器的設(shè)計注意事項、原理圖和組件選擇。該設(shè)計由 PIN 光電二極管、四個低噪聲運算放大器和一個比較器組成，能夠檢測伽馬輻射的各個光子。
    本應(yīng)用筆記討論了實現(xiàn)伽馬光子輻射探測器的設(shè)計注意事項、原理圖和組件選擇。該設(shè)計由 PIN 光電二極管、四個低噪聲運算放大器和一個比較器組成，能夠檢測伽馬輻射的各個光子。    圖 1 的電路包括一個 PIN 光電二極管，用于檢測伽馬輻射的各個光子。當(dāng)光子撞擊光電二極管反向偏壓產(chǎn)生的耗盡區(qū)時，它會產(chǎn)生與光子能量成比例的少量電荷。然后，產(chǎn)生的信號由四個放大器放大和濾波，最后的比較器區(qū)分信號和噪聲。每次具有足夠能量的伽馬光子撞擊光電二極管時，比較器輸出脈沖為高電平。

     

    組件考慮

    因素 最關(guān)鍵的組件是 PIN 光電二極管，其選擇常常涉及相互矛盾的考慮因素。例如，探測器靈敏度（給定輻射場檢測到的光子數(shù)量）取決于耗盡區(qū)的大小，而耗盡區(qū)的大小又取決于二極管的面積以及施加到其上的反向偏壓的量。因此，為了最大限度地提高靈敏度，您應(yīng)該選擇具有高反向偏壓的大面積探測器。但是，這兩種情況都會增加噪音。
    大面積檢測器往往具有較高的電容，這會增加電路的噪聲增益。同樣，較高的偏置電壓意味著較高的漏電流。漏電流也會產(chǎn)生噪聲。圖 1 電路包含 Fairchild 的 PIN 光電二極管 (QSE773)。盡管可用且便宜，但它可能不是最佳的。然而，Hamamatsu 的某些 PIN 光電二極管可以在此應(yīng)用中很好地工作。選擇反向偏壓下具有 25 pF 至 50 pF 電容的檢測器可以在靈敏度和噪聲之間實現(xiàn)公平的折衷。
    第一級運算放大器的重要考慮因素包括輸入電壓噪聲、輸入電流噪聲和輸入電容。輸入電流噪聲直接存在于信??號路徑中，因此運算放大器應(yīng)最小化該參數(shù)。JFET 或 CMOS 輸入運算放大器是必須的。此外（如果可能）運算放大器的輸入電容應(yīng)小于 PIN 光電二極管的電容。
    如果您使用高質(zhì)量的 PIN 光電二極管和低電流噪聲的運算放大器，并且仔細注意設(shè)計，則噪聲的限制因素應(yīng)該是第一級運算放大器的輸入電壓噪聲乘以運算放大器的總電容。放大器的反相節(jié)點。該電容包括 PIN 光電二極管電容、運算放大器輸入電容和反饋電容 C1。因此，為了最大限度地降低電路噪聲，應(yīng)最大限度地降低運算放大器的輸入電壓噪聲。
    該電路中所示的運算放大器 (MAX4477) 可實現(xiàn)此設(shè)計。它具有可忽略不計的輸入電流噪聲和極低的輸入電壓噪聲：在 10 kHz 至 200 kHz 的臨界頻率下為 3.5 至 4.5 nV/RtHz。其輸入電容相當(dāng)?shù)?，?10 pF。