2.6.2.3 Сцинтилляционные счетчики

Блок детектирования состоит из сцинтиллятора, световода и ФЭУ. Электрическая связь между сцинтиллятором и ФЭУ отсутствует. Схема блока представлена на рис. 12.

2.6.2.4 Полупроводниковые счетчики

Схема подключения детектора и описание ее работы имеются в разделе «Детекторы».

2.6.3 Усилитель

Рассматривается усилитель постоянного тока (УПТ), включенный в цепь детектора для увеличения тока ионизации, составляющего 10^-13 – 10^-12 А до величин приемлемых для регистрации стрелочным прибором или жидкокристаллическим индикатором [21], [22], [23].

Принцип действия усилителя можно рассмотреть на следующих упрощенных схемах с использованием ионизационной камеры в качестве детектора. Сила тока ионизации пропорционально количеству пар ионов, образующихся в камере под действием излучения в единицу времени и не зависит от приложенного к электродам напряжения. Сила тока в камере будет прямо пропорционально дозе излучения действующего на камеру. Непосредственное измерение тока ионизационной камеры затруднительно из-за малой его величины. Поэтому часто поступают следующим образом [24]. В цепь электродов ионизационной камеры включается большое сопротивление падение напряжения ионизационного тока на таком сопротивлении подается на усилитель, в выходную цепь которого подключен показывающий прибор (рис. 28).

Реализация этой схемы в радиометре ДП-1 показана на рис. 29.

Рис. 28, 29. Реализация усилителя в приборах радиационного контроля

Ток в ионизационной камере (ИК), благодаря напряжению батареи (Б1), образуют ионы, возникшие под действием ионизирующего излучения. Ток проходит по сопротивлению (R). Падение напряжения на нем подается на сетку усилительной лампы (Л). В анодную цепь лампы включен микроамперметр (Г) и параллельно ему включена цепь, с помощью которой компенсируется отклонение стрелки, возникающее под действием тока покоя лампы. Кнопка (К) служит для проверки нуля прибора. Для определения величины тока ионизации кнопка (К) размыкается.

Стабильность УПТ сильно зависит от характеристик электронных ламп или транзисторов и величины питающих напряжений. Для преодоления этих трудностей, хотя бы частично, все современные усилители имеют цепь обратной связи, и выходной сигнал подается через эту цепь последовательно с входным сигналом. Используется 100 % отрицательная обратная связь. Схематично работа такого усилителя показана на рис. 30.

Рис. 30 Работа усилителя

Усилитель имеет большой коэффициент усиления К>>1. Выходной сигнал Е₀ подается через цепь обратной связи на вход схемы. Последовательно со входным сигналом Е_исх. В результате напряжение на входе усилителя равно

Е_вх = Е_исх + Е₀

Используя соотношение:

Е₀ = -s Е_вх

получаем следующую формулу:

Таким образом, если К>>1, то

Е₀ » Е_исх и

Из равенства видно, что усилитель работает в режиме усилителя тока, коэффициент усиления которого зависит только от величины входного и выходного сопротивлений. Это позволяет получить не только улучшенную стабильность, но и очень хорошую линейность амплитудной характеристики.

Основными количественными характеристиками являются коэффициент усиления по току, его величина может составить 10² – 10¹⁰. Как уже отмечалось во многих случаях удобно рассматривать величины напряжения. Работу УПТ тогда характеризуют коэффициентом усиления

Работу УПТ при наличии обратной связи характеризуют коэффициентом преобразования входного тока i_вх в выходное напряжение (U_вых), то есть

Основу УПТ составляет головной элемент в качестве, которого в настоящее время используется в основном транзистор, а весь усилитель выполняется на полупроводниковых триодах. В [21] описаны комбинированные варианты с использованием вакуумных электрометрических ламп и транзисторов (для измерения малых токов). Пример секции УПТ показан на рис. 31.

Рис. 31 Пример секции УПТ

Примечание. Транзисторы, как известно, характеризуются эмиттером, коллектором, базой, их обозначения имеются на рис. 32.

Рис. 32 Обозначения транзистора

Работу транзистора можно пояснить с помощью рис. 33.

Рис. 33. Работа транзистора

К переходу (эмиттер – база) приложено напряжение в пропускном направлении, а к переходу (база – коллектор) относительно большое напряжение в запирающем направлении. Напряжение, приложенное к эмиттерному переходу в прямом направлении обеспечивает инжекцию, то есть вырывание «дырок» из эмиттера в базу, где они начинают диффундировать в сторону коллекторного перехода, так как около него концентрация «дырок» значительно меньше. База имеет малую толщину и поэтому на пути к коллектору успевает рекомбинировать небольшое количество «дырок», впрыснутых эмиттером. При достижении «дыркам» к коллекторного перехода они попадают в сильное ускоряющее поле, благодаря тому, что к коллекторному переходу приложено значительное обратное напряжение. Благодаря этому «дырки» вбрасываются полем в коллекторную область, где рекомбинируются электронами, подходящими от отрицательного полюса источника тока Е_бк. Одновременно с переходом дырок из эмиттера в базу электроны в таком же количестве стекают из эмиттера к положительному полюсу источника Е_эб. В результате чего в эмиттере появляется новые «дырки». Таким образом, в цепи транзистора устанавливается электрический ток. Сила тока в эмиттере и коллекторе примерно одинакова и зависит от количества «дырок», впрыскиваемых эмиттером в базу, то есть зависит от напряжения, приложенного к эмиттерному переходу. Эффект усиления определяется тем, что за счет большого сопротивления коллекторного перехода, обусловленного подключением источника тока Е_бк в обратном направлении в цепь коллектора может быть включено большое нагрузочное сопротивление на котором коллекторный ток будет создавать падение напряжения во много раз больше чем величина сигнала подаваемого на эмиттерный переход. При изменении полярности напряжения, подводимого к эмиттерному переходу, его сопротивление резко увеличивается, условия для инжекции «дырок» из эмиттера в базу исчезает, и транзистор запирается, то есть прекращается прохождение тока в цепи транзистора. Именно такой режим работы транзистора применяют в дозиметрических приборах.