實(shí)用的boots型拓?fù)渲绷髯儞Q蓋革計(jì)數(shù)管高壓偏置電路

韓業(yè)輝，梅雪松，龐 楊，趙超趣，滕立才

(黑龍江省科學(xué)院技術(shù)物理研究所，哈爾濱150010)

蓋革計(jì)數(shù)管是德國科學(xué)家H·蓋革和P·米勒發(fā)明的，是根據(jù)射線能使氣體電離的性能制成的，工作在蓋革區(qū)，當(dāng)某種射線的一個高速粒子進(jìn)入管內(nèi)時，能夠使管內(nèi)氣體原子電離，釋放出幾個自由電子，并在偏置電壓的作用下移動。這些電子沿途又電離氣體的其他原子，釋放出更多的電子。越來越多的電子再接連電離越來越多的氣體原子(雪崩電離)，最終使管內(nèi)氣體成為導(dǎo)電體，在陽絲極與管壁之間產(chǎn)生迅速的氣體放電現(xiàn)象，從而有一個脈沖電流輸出，當(dāng)外加偏置電壓一定時，輸出的脈沖幅度相同。蓋革—米勒計(jì)數(shù)器優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高、脈沖幅度大，缺點(diǎn)是不能快速計(jì)數(shù)。雖然劑量率測量精度差，但是能提供應(yīng)用/性能/成本的一個很好的妥協(xié)方案，很多輻射檢測儀器、料位計(jì)都使用這種探測器。

對于不同的蓋革計(jì)數(shù)管，它們的偏置電壓也不同，范圍從350～900 V，取決于管的設(shè)計(jì)和使用的氣體混合物。一般情況下，一個給定的管的偏置電壓設(shè)定在其“坪”電壓中心點(diǎn)工作，坪區(qū)范圍在100～150 V。如北京核儀器廠生產(chǎn)的J4401計(jì)數(shù)管，起始電壓小于420 V，坪區(qū)范圍450～550 V，推薦工作電壓500 V(見圖1)。設(shè)計(jì)提供穩(wěn)定、可靠的高壓電源，是GM計(jì)數(shù)正?？煽抗ぷ鞯幕A(chǔ)，也是GM計(jì)數(shù)管靈活設(shè)計(jì)應(yīng)用的保障。

圖1 偏置電壓Fig．1 High bias voltage

1 電路設(shè)計(jì)

圖2 Boots型拓樸并聯(lián)開關(guān)Fig．2 Boots type topological transformation circuit

圖3 電壓反饋Fig．3 Voltage feedback circuit

2 電路分析

圖4、圖5顯示了電路響應(yīng)和負(fù)載電流的變化，特別是在空載的條件下(無輻射)，輸入電流極低(80 μA以下)，這是該電路應(yīng)用幾乎100%時間的工作狀況。

圖4 空載下輸出電壓與輸入電流Fig．4 VOUTand IINvs．input voltage with RLOADopen

輸入電壓 Vcc=5 v，Vref=2．5 v，輸出電壓 Vo=500 v，輸出電流60 uA，足以滿足GM計(jì)數(shù)管工作的需要。

圖5 負(fù)載下輸出電壓與輸入電流Fig．5 VOUTand IINvs．input voltage with RLOAD=10 MΩ

3 結(jié)論

針對GM計(jì)數(shù)管應(yīng)用設(shè)計(jì)的高壓偏置電源，輸出電壓和輸出電流均可滿足一般GM計(jì)數(shù)管的使用要求，該電路設(shè)計(jì)相對簡單，輸出電壓穩(wěn)定，運(yùn)行穩(wěn)定。在實(shí)際應(yīng)用中，器件選用合適的封裝，可以建立的體積非常小，滿足便攜儀器的苛刻要求。

［1］ 應(yīng)建華，李進(jìn)．低功耗PFM DC-DC轉(zhuǎn)換器［J］．微電子學(xué)與計(jì)算機(jī)，2007，24(11):42—45．

［2］ 柳紀(jì)虎，劉旭丁，劉永生．多級倍壓整流電路的設(shè)計(jì)原理及其有關(guān)參數(shù)的計(jì)算方法［J］．半導(dǎo)體技術(shù)，1992，(8):46—48．