如何实现伽马光子辐射检测器的设计

本应用笔记讨论了实现伽马光子辐射检测器的设计注意事项，原理图和组件选择。该设计由一个PIN光电二极管，四个低噪声运算放大器和一个比较器组成，该比较器能够检测伽马辐射的各个光子。

图1的电路包括一个PIN光电二极管，它可以检测伽玛射线的各个光子。当光子撞击由光电二极管上的反向偏压产生的耗尽区时，它将产生与光子能量成比例的少量电荷。然后，将得到的信号通过四个放大器进行放大和滤波，最后一个比较器将信号和噪声区分开。每当具有足够能量的伽马光子撞击光电二极管时，比较器输出高脉冲。

组件注意事项

最关键的组件是PIN光电二极管，其选择通常涉及相互矛盾的考虑因素。例如，检测器的灵敏度（对于给定的辐射场检测到的光子数）取决于耗尽区的大小，而耗尽区的大小又取决于二极管的面积和施加在二极管上的反向偏置量。因此，为了最大程度地提高灵敏度，您应该选择具有高反向偏置的大面积检测器。但是，这两种情况都会增加噪音。

大面积检测器往往具有较高的电容，这会增加电路的噪声增益。同样，较高的偏置电压意味着较高的泄漏电流。漏电流也会产生噪声。图1电路包括Fairchild的PIN光电二极管（QSE773）。尽管可用且便宜，但它可能不是最佳选择。但是，Hamamatsu的某些PIN光电二极管可以在此应用程序中很好地工作。在反向偏置下选择具有25 pF至50 pF电容的检测器可以在灵敏度和噪声之间取得合理的折衷。

第一步运算放大器的重要考虑因素包括输入电压噪声，输入电流噪声和输入电容。输入电流噪声直接在信号路径中，因此运算放大器应最小化该参数。必须使用JFET或CMOS输入运算放大器。同样（如果可能），运算放大器的输入电容应比PIN光电二极管的电容小。

如果您使用高质量PIN光电二极管和低电流噪声的运算放大器，并且要特别注意设计，则噪声的限制因素应该是第一级运算放大器的输入电压噪声乘以运算放大器上的总电容。放大器的反相节点。该电容包括PIN光电二极管电容，运算放大器输入电容和反馈电容C1。因此，为了最大程度地减小电路噪声，请最小化运算放大器的输入电压噪声。

该电路中所示的运算放大器（MAX4477）支持该设计。它具有可忽略的输入电流噪声和极低的输入电压噪声：在10 kHz至200 kHz的临界频率下为3.5至4.5 nV / RtHz。它的输入电容相当低，仅为10 pF。

编辑：hfy