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光电倍增管有源电压分压器的原理与实现方法
在各种光传感器件中,光电倍增管(PMT,PhotoMultiplier Tube)是性能好的一种,无论在灵敏度、响应速度、噪声系数还是动态范围上都遥遥领先于其他的光传感器件,更难能可贵的是它的输出信号在相当大范围内保持着高度的线性输出.它在许多领域中都有应用[1],特别是在需要测量微弱或极微弱光信号的生命科学仪器中,它是首选的甚至是唯一的光传感器.PMT的电压分压(偏置)电路对PMT的性能、稳定运行和精密测量起着至关重要的作用.一般的无源电压偏置电路(电阻型分压器)存在一些不足,倍增电极(打拿极)上的电压会随着阳极电流的变化而变化且功率消耗很大,使得PMT很难发挥其应有的特点和性能.而有源分压(偏置)电路可以为PMT的倍增电极提供稳定的电压且功率消耗很小.本文重点论述PMT的有源电压偏置电路的原理与实现方法.
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生命科学仪器中光电倍增管偏置电路分压精度的提高
目的:分析光电倍增管电压偏置电路对光电倍增管性能的影响,并采取相应措施提高光电倍增管电压偏置电路的精度,以改善光电倍增管的性能.方法:在电阻型光电路倍增管偏置电的基础上,增加双极型晶体管或场效应晶体管构成有源光电倍增管偏置电路;并采用可调恒流技术,以解决温度对电路的影响.结果:在阳极电流为50 μA,电阻型光电倍增管偏置电路的线性偏离度已达40%,而用双极性晶体管或场效应晶体管的有源偏置电路的线性偏离度分别为≤7%,≤3%,采用可调恒流技术后,电路的线性偏离度≤1%;如果要求阳极电流为100 μA时线性偏离度≤1%时,电阻型光电倍增管偏置电路的功耗为11 W,而用双极性晶体管或场效应晶体管的有源偏置电路的总功耗分别在0.18～0.95 W,0.12～0.75 W.结论:采用场效应晶体管的有源偏置电路显著提高了偏置电压的线性度和稳定性,减少了功耗和体积,加入可调恒流技术后,进一步降低偏置电路的线性偏置度,从而改善了光电倍增管的性能.
