Luận văn Thạc sĩ Vật lý: Khảo sát phổ kế năng lượng - Thời gian sử dụng đầu dò bán dẫn HPGe

Chia sẻ: Lavie Lavie | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:70

Thêm vào BST

Báo xấu

80
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận văn Thạc sĩ Vật lý: Khảo sát phổ kế năng lượng - Thời gian sử dụng đầu dò bán dẫn HPGe tổng quan về các hệ phổ kế năng lượng, thời gian sử dụng đầu dò bán dẫn siêu tinh khiết HPGe, kỹ thuật trùng phùng và hệ thống xử lý xung thời gian.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Vật lý: Khảo sát phổ kế năng lượng - Thời gian sử dụng đầu dò bán dẫn HPGe

Bé GI¸O DôC Vµ §µO T¹O TR¦êNG §¹I HäC S¦ PH¹M TP. Hå CHÝ MINH ------------------------- NguyÔn V¨n Kim Trêng KH¶O S¸T PHæ KÕ N¡NG L¦îNG - THêI GIAN Sö SôNG §ÇU Dß B¸N DÉN HPGe Chuyªn ngµnh: VËt lý nguyªn tö, h¹t nh©n vµ n¨ng lîng cao M· sè: 60 44 05 LUËN V¡N TH¹C SÜ vËt lý NG¦êI H¦íNG DÉN KHOA HäC PGS. TS : §INH Sü HIÒN Thµnh phè Hå ChÝ Minh - 2010
Më §ÇU Ph¬ng ph¸p ghi phæ n¨ng lîng bøc x¹ gamma sö dông ®Çu dß b¸n dÉn siªu tinh khiÕt (High Purity Germanium - HPGe) lµ ph¬ng ph¸p phæ biÕn ®Ó x¸c ®Þnh ho¹t ®é nguån, cêng ®é c¸c bøc x¹ gamma ph¸t ra còng nh nhËn diÖn c¸c nguyªn tè, v× kh¶ n¨ng ph©n gi¶i tèt cña ®Çu dß. Tuy nhiªn, phæ n¨ng lîng bøc x¹ gamma cña c¸c nguån phãng x¹ hay c¸c ®ång vÞ phãng x¹ rÊt phøc t¹p nh ngoµi c¸c ®Ønh quang cßn cã nÒn Compton kÌm theo. §Æc biÖt lµ c¸c nguån phãng x¹ ho¹t ®é thÊp, ph¸t ra nhiÒu bøc x¹ gamma cã n¨ng lîng kh¸c nhau th× c¸c ®Ønh n¨ng lîng cã cêng ®é bÐ sÏ kh«ng hiÖn ra râ nÐt vµ cã trêng hîp nã bÞ che khuÊt bëi nÒn Compton qu¸ cao khi ®îc ghi nhËn b»ng hÖ phæ kÕ sö dông c¸c lo¹i ®Çu dß chøa khÝ, ®Çu dß nhÊp nh¸y,.... §iÒu ®ã dÉn ®Õn sai sè ®¸ng kÓ trong phÐp ®o. VÊn ®Ò ®Æt ra lµ ph¶i x©y dùng hÖ phæ kÕ sao cho phæ n¨ng lîng ghi nhËn ®îc cã c¸c ®Ønh n¨ng lîng hiÖn ra râ nÐt, nÒn Compton cµng thÊp cµng tèt vµ ®é ph©n gi¶i tèt. §Çu dß b¸n dÉn HPGe lµ lùa chän tèt nhÊt ®Ó cã ®îc kh¶ n¨ng ph©n gi¶i tèi u. Ph¬ng ph¸p trïng phïng lµ ph¬ng ph¸p sö dông sù t¬ng quan vÒ thêi gian gi÷a c¸c bøc x¹ gamma trïng phïng (c¸c bøc x¹ ph¸t ra gÇn nh ®ång thêi) ®Ó ghi phæ n¨ng lîng gamma cã tÝnh chän läc nghÜa lµ nã chØ ghi nhËn c¸c bøc x¹ gamma trïng phïng vµ lo¹i bá c¸c bøc x¹ gamma do t¸n x¹ Compton. KÕt qu¶ lµ thu ®îc phæ n¨ng lîng víi c¸c ®Ønh n¨ng lîng gamma ®Æc trng hiÖn ra râ nÐt trªn nÒn Compton ®îc h¹ thÊp. C¸c nhµ khoa häc ®· nghiªn cøu x©y dùng hÖ phæ kÕ trïng phïng vµ thu phæ n¨ng lîng bøc x¹ gamma kh¸ tèt. Tuy nhiªn, viÖc hiÓu biÕt vµ vËn hµnh hÖ phæ kÕ trïng phïng ®Æc biÖt lµ hÖ phæ kÕ n¨ng lîng - thêi gian sö dông ®Çu dß b¸n dÉn HPGe ®Ó thu phæ n¨ng lîng bøc x¹ gamma cña c¸c nguån phãng x¹ vµ ®ång vÞ phãng x¹ cßn kh¸ xa l¹ vµ cha ®îc phæ biÕn réng trong nghiªn cøu h¹t nh©n ë níc ta. §Ó gi¶i quyÕt vÊn ®Ò trªn, t¸c gi¶ quyÕt ®Þnh nghiªn cøu ®Ò tµi: “kh¶o s¸t phæ kÕ n¨ng lîng - thêi gian sö dông ®Çu dß b¸n dÉn HPGe” ®Ó phôc vô cho luËn v¨n tèt nghiÖp chuyªn ngµnh VËt lý nguyªn tö, h¹t nh©n vµ n¨ng lîng cao, Khãa 18 (2007 - 2010) Trêng §¹i Häc S Ph¹m T.P Hå ChÝ Minh. Môc tiªu chÝnh ®Æt ra cña luËn v¨n nµy lµ: - T×m hiÓu nh÷ng ®Æc trng chung vµ nguyªn t¾c ho¹t ®éng c¬ b¶n cña c¸c khèi ®iÖn tö trong hÖ phæ kÕ. - T×m hiÓu vµ thùc hiÖn kÕt nèi c¸c khèi ®iÖn tö cña hÖ phæ kÕ. - TiÕn hµnh nh÷ng thao t¸c trªn c¸c khèi ®iÖn tö nh lªn cao thÕ cho ®Çu dß, chän nh÷ng th«ng sè trªn c¸c khèi ®iÖn tö vµ lµm thÝ nghiÖm víi nguån chuÈn nh 60Co vµ 22Na. - Xö lý sè liÖu, ghi nhËn phæ n¨ng lîng vµ so s¸nh víi phæ n¨ng lîng ghi nhËn ®îc b»ng hÖ phæ kÕ th«ng thêng (hÖ phæ kÕ n¨ng lîng sö dông mét ®Çu dß b¸n dÉn HPGe). Tõ ®ã, chøng tá
u ®iÓm cña hÖ phæ kÕ n¨ng lîng - thêi gian sö dông ®Çu dß b¸n dÉn HPGe lµ: c¸c ®Ønh quang ®îc hiÖn râ trªn nÒn Compton thÊp vµ tû sè ®Ønh trªn Compton t¨ng lªn. CÊu tróc luËn v¨n gåm c¸c phÇn chÝnh sau: Ch¬ng 1: Tæng quan vÒ c¸c hÖ thèng phæ kÕ n¨ng lîng, thêi gian sö dông ®Çu dß b¸n dÉn siªu tinh khiÕt HPGe. Ch¬ng 2: Kü thuËt trïng phïng vµ hÖ thèng xö lý xung thêi gian. Ch¬ng 3: Thùc nghiÖm. Do thêi gian vµ kiÕn thøc cßn h¹n chÕ nªn luËn v¨n nµy kh«ng tr¸nh khái thiÕu sãt, kÝnh mong nhËn ®îc sù gãp ý cña quý ThÇy, C« vµ c¸c b¹n ®ång nghiÖp ®Ó luËn v¨n ngµy cµng hoµn thiÖn h¬n.
Ch¬ng 1: Tæng quan vÒ c¸c hÖ thèng phæ kÕ n¨ng lîng, thêi gian sö dông ®Çu dß b¸n dÉn siªu tinh khiÕt HPGe 1.1. T×nh h×nh nghiªn cøu trong vµ ngoµi níc 1.1.1. T×nh h×nh nghiªn cøu ngoµi níc [8] N¨m 1958, Hooenboom A.M ®· ®a ra ph¸c th¶o ®Çu tiªn vÒ hÖ phæ kÕ trïng phïng céng biªn ®é b»ng ®Çu dß nhÊp nh¸y. Tõ n¨m 1981, ViÖn Liªn Hîp Nghiªn Cøu H¹t Nh©n Dubna ®a ra vÊn ®Ò ghi nhËn vµ xö lý sè liÖu trªn m¸y tÝnh b»ng hÖ ®o céng biªn ®é c¸c xung trïng phïng víi s¬ ®å hÖ ®o nh h×nh 1.1. E 4 8 ADC T 1. Detector 5 2. Fast Amplifier 1 I 3. Fast Discriminator N 4. Spect. Amplifier 2 3 T 5. Single Chanel Analyzer E 6 7 6. Fast Coincidence R 7. Slow Coincidence F 2 3 A 8. Linear Gate 1 C 5 E T 4 8 ADC E 1. Detector: ®Çu dß. 2. Fast Amplifier: khèi khuÕch ®¹i nhanh. 3. Fast Discriminator: khèi ph©n biÖt ngìng nhanh. 4. Spect. Amplifier: khèi khuÕch ®¹i phæ. 5. Single Chanel Analyzer: m¸y ph©n tÝch ®¬n kªnh . 6. Fast Coincidence: khèi trïng phïng nhanh. 7. Slow Coincidence: khèi trïng phïng chËm. 8. Linear Gate: cæng tuyÕn tÝnh. H×nh 1.1. S¬ ®å hÖ ®o céng biªn ®é c¸c xung trïng phïng. Sau n¨m 2003, Céng Hßa SÐc thiÕt lËp hÖ ®o trïng phïng dïng ph¬ng ph¸p céng biªn ®é c¸c xung trïng phïng cã s¬ ®å khèi nh h×nh 1.2.
Ge (Li ) Preamplifier Amplifier Analog to Digital Timing Active Convert Amplifier Amplifier Gate Constant Timing Slow Fraction Discriminator Shaper Coincidence Discrimin. Unit Time to Pulse –Height Analog to Gate Convert. Digital Shaper Convert Delay Timing Discriminator Constant Interface PC Fraction Dual Sum Discrimin. Amplifier Timing Active Gate Amplifier Amplifier Analog to Digital Convert HPGe Preamplifier Amplifier Preamplifier: khèi tiÒn khuÕch ®¹i . Constant Fraction Discrimin: khèi Amplifer: khèi khuÕch ®¹i. ph©n biÖt ngìng kh«ng ®æi. Active Amplifier: khèi khuÕch ®¹i chñ ®éng. Time to Pulse – Height Convert: khèi Dual Sum Amplifier: khèi khuÕch ®¹i tæng biÕn ®æi thêi gian thµnh xung. ®«i. Analog to Digital Convert: khèi biÕn Timing Discriminator: khèi ph©n biÖt ngìng ®æi t¬ng tù thµnh sè. thêi gian. Slow Coincidence Unit: khèi trïng Shaper: khèi t¹o d¹ng xung. phïng chËm. Timing Amplifier: khèi khuÕch ®¹i thêi gian. Interface: card thu nhËn d÷ liÖu (card Delay: khèi lµm chËm. giao diÖn). H×nh 1.2. HÖ ®o trïng phïng dïng ph¬ng ph¸p céng biªn ®é c¸c xung trïng phïng. 1.1.2. T×nh h×nh nghiªn cøu trong níc [8] N¨m 1984, §¹i Häc Tæng Hîp Hµ Néi ®· thö nghiÖm hÖ ®o céng biªn ®é c¸c xung trïng phïng sö dông ®Çu dß nhÊp nh¸y NaI. N¨m 1999, Trung T©m VËt Lý H¹t Nh©n thuéc ViÖn Khoa Häc vµ C«ng NghÖ Quèc Gia ®· nhËn mét hÖ thiÕt bÞ ®Ó thiÕt lËp mét hÖ ®o theo ph¬ng ph¸p céng biªn ®é c¸c xung trïng phïng. Trong thêi gian gÇn ®©y, Trung T©m H¹t Nh©n Thµnh phè Hå ChÝ Minh ®· thiÕt lËp vµ sö dông hÖ ®o trïng phïng sö dông ®Çu dß nhÊp nh¸y NaI.
N¨m 2005, víi sù hîp t¸c gi÷a ViÖn N¨ng Lîng Nguyªn Tö ViÖt Nam vµ §¹i Häc Khoa Häc Tù Nhiªn §¹i Häc Quèc Gia Hµ Néi, trong khu«n khæ ®Ò tµi cÊp bé, t¹i lß ph¶n øng h¹t nh©n §µ L¹t ®· x©y dùng thµnh c«ng hÖ phæ kÕ céng biªn ®é c¸c xung trïng phïng. So víi hÖ ®o t¹i ViÖn Nghiªn Cøu H¹t Nh©n Dubna vµo nh÷ng n¨m tríc th× hÖ ®o t¹i §µ L¹t cã nh÷ng u ®iÓm vît tréi nh hiÖu suÊt ghi cao h¬n, tèc ®é lµm viÖc cña hÖ ®iÖn tö nhanh gÊp nhiÒu lÇn, kh«ng sö dông c¸c ®êng d©y trÔ tËp trung, ®é tuyÕn tÝnh vµ ®é æn ®Þnh ®Òu tèt h¬n rÊt nhiÒu. 1.2. §Çu dß b¸n dÉn siªu tinh khiÕt (High Purity Germanium - HPGe) 1.2.1. CÊu t¹o cña ®Çu dß b¸n dÉn HPGe §Çu dß b¸n dÉn ®îc chÕ t¹o tõ c¸c tinh thÓ b¸n dÉn díi d¹ng nguyªn tè nh Ge, Si (®îc sö dông réng r·i nhÊt) vµ c¸c tinh thÓ b¸n dÉn pha t¹p lo¹i p, b¸n dÉn lo¹i n. Tïy thuéc vµo yªu cÇu cô thÓ mµ ®Çu dß b¸n dÉn cã h×nh d¹ng vµ cÊu tróc kh¸c nhau. Ch¼ng h¹n, ®Çu dß Si (Li) ph¼ng r·nh cã t¸c dông lµm gi¶m dßng rß vµ do ®ã t¨ng kh¶ n¨ng ph©n gi¶i n¨ng lîng. H×nh 1.3 cho thÊy cÊu tróc vµ d¶i n¨ng lîng cña tõng lo¹i ®Çu dß b¸n dÉn [2]. ULEGe LEGe CGe XtRa REGe Well Ký hiÖu Vïng ho¹t TiÕp xóc n TiÕp xóc p MÆt thô ®éng Lo¹i ®Çu dß Ge n¨ng lîng cùc thÊp ULEGe Ge n¨ng lîng thÊp LEGe Ge ®ång trôc CGe §Çu dß Ge ®iÖn cùc ®¶o REGe vµ ®Çu dß d¶i réng XtRa E ( KeV) Ge giÕng Well 0 1 10 100 1000 10000 H×nh 1.3. CÊu tróc vµ d¶i n¨ng lîng cña tõng lo¹i ®Çu dß b¸n dÉn HPGe. Díi ®©y lµ mét sè lo¹i ®Çu dß b¸n dÉn HPGe th«ng dông. 1.2.1.1. §Çu dß b¸n dÉn HPGe ®ång trôc lo¹i p
~ 600 μm HPGe lo¹i p Bøc x¹ Líp tiÕp xóc dµy ~ 600 μm Líp tiÕp xóc máng ~ 0.3 μm H×nh 1. 4. §Çu dß b¸n dÉn HPGe ®ång trôc lo¹i p. §Çu dß b¸n dÉn HPGe d¹ng ®ång trôc lo¹i p cã cÊu t¹o nh mét ®ièt - b¸n dÉn lo¹i p víi mét líp tiÕp xóc dµy lo¹i n ë mÆt ngoµi h×nh trô vµ mét líp tiÕp xóc máng lo¹i p ë mÆt trong cña tinh thÓ Ge. CÊu tróc th«ng thêng cña ®Çu dß ®ång trôc hay ®ång trôc khÐp kÝn lµ líp tiÕp xóc dµy h¬n ®îc ®Æt ë bÒ mÆt ngoµi khèi trô b¸n dÉn lo¹i p vµ líp tiÕp xóc máng h¬n ®Æt ë mÆt trong cña khèi trô nh ®îc chØ trªn h×nh 1.4. C¸c líp tiÕp xóc nµy ®îc h×nh thµnh trong vËt liÖu b¸n dÉn lo¹i p ®Ó t¹o nªn líp chuyÓn tiÕp ®ièt gÇn víi líp tiÕp xóc ë mÆt trong. ViÖc h×nh thµnh líp chuyÓn tiÕp gÇn líp tiÕp xóc ë mÆt trong t¹o ra ®iÖn trêng ®Òu bªn trong tinh thÓ vµ v× thÕ ®é ph©n gi¶i sÏ tèt nhÊt. Líp tiÕp xóc mÆt ngoµi cã thÓ dµy tõ 600 ®Õn 1000 μm. Nã tïy thuéc vµo nhµ s¶n xuÊt vµ kÝch thíc tinh thÓ. Th«ng thêng, ®é dµy cña líp tiÕp xóc t¨ng theo kÝch thíc cña ®Çu dß. Líp tiÕp xóc kh«ng h×nh thµnh tÝn hiÖu tõ c¸c bøc x¹ gamma mµ nã hÊp thô ®îc gäi lµ líp chÕt. Líp tiÕp xóc mÆt trong dµy kho¶ng 0,3 μm. Líp tiÕp xóc mÆt ngoµi hÊp thô hoµn toµn c¸c lîng tö n¨ng lîng thÊp vµ hiÖu suÊt cña ®Çu dß t¨ng ®Õn khi n¨ng lîng lîng tö ®¹t mét gi¸ trÞ cùc ®¹i kho¶ng 120 keV. 1.2.1.2. §Çu dß b¸n dÉn HPGe ®ång trôc lo¹i n §èi víi ®Çu dß b¸n dÉn HPGe ®ång trôc lo¹i n th× líp tiÕp xóc bÞ ®¶o ngîc l¹i. NghÜa lµ líp tiÕp xóc máng ®îc ®Æt ë mÆt ngoµi vµ líp tiÕp xóc dµy ®Æt ë mÆt trong.
0.3μm HPGe lo¹i n Bøc x¹ Líp tiÕp xóc dµy ~ 600 μm Líp tiÕp xóc máng ~ 0.3 μm H×nh 1.5. CÊu t¹o cña ®Çu dß b¸n dÉn HPGe ®ång trôc lo¹i n. §èi víi ®Çu dß lo¹i nµy th× hiÖu suÊt ®èi víi c¸c lîng tö cã n¨ng lîng thÊp ®îc c¶i thiÖn bëi v× bÒ dµy cña líp chÕt ®îc gi¶m ®i. Tuy nhiªn, kh¶ n¨ng ph©n gi¶i kh«ng tèt b»ng ®Çu dß b¸n dÉn HPGe lo¹i p. 1.2.1.3. §Çu dß b¸n dÉn HPGe ®ång trôc lo¹i p víi líp tiÕp xóc máng mÆt tríc §Çu dß b¸n dÉn HPGe ®ång trôc lo¹i p víi líp tiÕp xóc máng mÆt tríc cã cÊu tróc t¬ng tù nh ®Çu dß b¸n dÉn HPGe ®ång trôc lo¹i p, chØ kh¸c ë chç mÆt tríc cña ®Çu dß nµy ®îc phñ mét líp máng b¸n dÉn lo¹i n ®îc chØ trªn h×nh 1.6. ~ 600 μm HPGe lo¹i p Bøc x¹ Líp tiÕp xóc dµy ~ 600 μm Líp tiÕp xóc mÆt tríc ~ 10 μm Líp tiÕp xóc máng ~ 0.3 μm H×nh 1.6. §Çu dß b¸n dÉn HPGe ®ång trôc lo¹i p víi líp tiÕp xóc máng mÆt tríc. Víi líp tiÕp xóc nµy lµm cho ®Çu dß t¨ng ®é nh¹y víi c¸c lîng tö n¨ng lîng thÊp nh hÇu hÕt c¸c ®Çu dß b¸n dÉn lo¹i n, trong khi vÉn gi÷ ®îc kh¶ n¨ng ph©n gi¶i tèt cña c¸c ®Çu dß b¸n dÉn lo¹i p. HiÖu suÊt n¨ng lîng thÊp øng víi c¸c ®Çu dß nµy thÝch hîp víi c¸c øng dông víi n¨ng lîng thÊp nhÊt kho¶ng trªn 30 keV. Lîi thÕ kh¸c cña ®Çu dß lo¹i nµy lµ hiÖu suÊt cao h¬n t¹i gi¸ trÞ n¨ng lîng cao ®èi
víi ®Çu dß cã thÓ tÝch tinh thÓ lín h¬n vµ b¸n kÝnh cùc ®¹i lín h¬n 8 cm, kÕt hîp víi kh¶ n¨ng ph©n gi¶i vµ d¹ng ®Ønh phæ tuyÖt vêi. 1.2.1.4. §Çu dß b¸n dÉn HPGe ®ång trôc d¶i réng XtRa [2] §Çu dß XtRa lµ mét ®Çu dß Ge ®ång trôc cã mét tiÕp xóc cöa sæ máng duy nhÊt trªn mÆt tríc cã t¸c dông më réng d¶i n¨ng lîng xuèng tíi 3 keV. §èi víi c¸c ®Çu dß ®ång trôc Ge th«ng thêng cã líp tiÕp xóc khuÕch t¸n Li víi ®é dµy tõ 0,5 ®Õn 1,5 mm. Líp chÕt nµy dõng hÇu hÕt c¸c n¨ng lîng díi 40 keV. §Çu dß lo¹i nµy cho tÊt c¶ c¸c u ®iÓm cña ®Çu dß ®ång trôc chuÈn th«ng thêng nh hiÖu suÊt cao, kh¶ n¨ng ph©n gi¶i tèt. CÊu h×nh cña ®Çu dß b¸n dÉn HPGe ®ång trôc XtRa ®îc tr×nh bµy trªn h×nh 1.7. Cöa sæ Be ( 0,5 mm) ~ TiÕp xóc n TiÕp xóc p ~ H×nh 1.7. CÊu h×nh ®Çu dß b¸n dÉn HPGe ®ång trôc d¶i réng XtRa. 1.2.1.5. §Çu dß b¸n dÉn HPGe giÕng [2] §Çu dß b¸n dÉn HPGe giÕng cung cÊp hiÖu suÊt cao cho mÉu nhá gÇn nh ®îc bao quanh b»ng vËt liÖu ®Çu dß. §Çu dß b¸n dÉn HPGe giÕng ®îc chÕ t¹o b»ng mét lç côt ®Ó l¹i Ýt nhÊt 5mm ®é dµy ®Çu dß ho¹t t¹i ®¸y cña giÕng. Do ®ã, h×nh häc ®Õm gÇn b»ng 4  . CÊu h×nh cña ®Çu dß b¸n dÉn §êng kÝnh giÕng ~ ~
HPGe giÕng ®îc tr×nh bµy trªn h×nh 1.8. §Çu dß b¸n dÉn HPGe giÕng ®îc chÕ t¹o tõ Ge cã ®é tinh khiÕt cao. Do ®ã, nã cã thÓ ®îc vËn chuyÓn vµ b¶o qu¶n t¹i nhiÖt ®é phßng mµ kh«ng bÞ háng. Vá chøa ®Çu dß vµ giÕng ®îc chÕ t¹o b»ng nh«m víi ®é dµy 0,5 mm trong lËn cËn giÕng. §é s©u giÕng chuÈn lµ 40 mm cho tÊt c¶ c¸c ®Çu dß. 1.2.2. Nguyªn t¾c ho¹t ®éng cña ®Çu dß b¸n dÉn HPGe Khi bøc x¹ gamma t¬ng t¸c víi ®Çu dß th× bøc x¹ gamma sÏ truyÒn n¨ng lîng cho ®Çu dß lµm xuÊt hiÖn c¸c ®iÖn tÝch. Díi thiªn ¸p ë hai cùc ®Çu dß, c¸c ®iÖn tÝch nµy ®îc tô vÒ c¸c ®iÖn cùc t¹o ra thÕ (tÝn hiÖu). ThÕ nµy ®îc xö lý bëi c¸c khèi ®iÖn tö kh¸c ®Ó h×nh thµnh xung. PhÇn n¨ng lîng truyÒn cho ®Çu dß ®îc thùc hiÖn theo c¸c hiÖu øng t¬ng t¸c sau: - §Çu dß hÊp thô hoµn toµn n¨ng lîng cña lîng tö gamma theo hiÖu øng quang ®iÖn. - §Çu dß hÊp thô mét phÇn n¨ng lîng cña lîng tö gamma theo hiÖu øng Compton. - Khi n¨ng lîng lîng tö gamma lín h¬n 1500 keV (theo lý thuyÕt lµ 1022 keV) th× qu¸ tr×nh t¹o cÆp xuÊt hiÖn vµ sinh ra cÆp electron - pozitron. N¨ng lîng cña electron nhanh chãng bÞ hÊp thô trong ®Çu dß (v× qu·ng ch¹y cña h¹t tÝch ®iÖn rÊt ng¾n); cßn pozitron sÏ nhanh chãng bÞ hñy cÆp t¹o hai lîng tö gamma 511 keV. NÕu c¶ hai lîng tö gamma bÞ hÊp thô th× qu¸ tr×nh nµy t¬ng ®¬ng víi hÊp thô quang ®iÖn. NÕu mét trong hai lîng tö gamma bay ra ngoµi th× phÇn n¨ng lîng hÊp thô sÏ t¹o nªn ®Ønh tho¸t ®¬n. NÕu c¶ hai lîng tö gamma bay ra ngoµi th× sÏ t¹o nªn ®Ønh tho¸t kÐp. 1.2.3. ¦u ®iÓm cña ®Çu dß HPGe - Kh«ng ph¶i b¶o qu¶n liªn tôc trong Nit¬ láng. - §é ph©n gi¶i n¨ng lîng vµ hiÖu suÊt ghi h¬n h¼n ®Çu dß b¸n dÉn khuÕch t¸n cã cïng thÓ tÝch. VÒ c¬ b¶n, u ®iÓm kh¶ n¨ng ph©n gi¶i cã thÓ thuéc vÒ lîng nhá n¨ng lîng cÇn ®Ó t¹o nªn mét phÇn tö mang ®iÖn vµ tÝn hiÖu ra lín ®èi víi c¸c lo¹i ®Çu dß kh¸c cã cïng n¨ng lîng photon tíi. T¹i 3 eV/ cÆp ®iÖn tö - lç trèng. Sè phÇn tö mang ®iÖn ®îc sinh ra trong ®Çu dß b¸n dÉn Ge cao h¬n cì mét ®Õn hai bËc ®é lín so víi ®Çu dß nhÊp nh¸y vµ ®Çu dß chøa khÝ t¬ng øng. 1.3. ThiÕt bÞ ®iÖn tö ®Ó xö lý tÝn hiÖu tõ ®Çu dß h¹t nh©n 1.3.1. Nh÷ng khèi tiÒn khuÕch ®¹i (Preamplifier) Khèi tiÒn khuÕch ®¹i cã chøc n¨ng chÝnh lµ nhËn vµ khuÕch ®¹i tÝn hiÖu tõ ®Çu dß mµ kh«ng lµm gi¶m ®¸ng kÓ tû sè tÝn hiÖu/nhiÔu. V× vËy, c¸c khèi tiÒn khuÕch ®¹i n»m cµng gÇn ®Çu dß cµng tèt ®Ó ph¸t hiÖn vµ c¸c m¹ch lèi vµo ®îc thiÕt kÕ phï hîp víi ®Æc tÝnh cña tõng lo¹i ®Çu dß. Cã ba lo¹i tiÒn khuÕch ®¹i c¬ b¶n: tiÒn khuÕch ®¹i nh¹y dßng, tiÒn khuÕch ®¹i nh¹y thÕ vµ tiÒn khuÕch ®¹i nh¹y ®iÖn tÝch.
Trong ®ã, tiÒn khuÕch ®¹i nh¹y dßng ®îc sö dông víi c¸c dông cô tÝn hiÖu cã trë kh¸ng thÊp. Do ®ã, tiÒn khuÕch ®¹i lo¹i nµy rÊt Ýt ®îc sö dông víi c¸c ®Çu dß bøc x¹ (dông cô trë kh¸ng cao). ChÝnh v× vËy, tiÒn khuÕch ®¹i lo¹i nµy kh«ng tr×nh bµy trong ph¹m vi cña luËn v¨n nµy. 1.3.1.1. CÊu t¹o TiÒn khuÕch ®¹i nh¹y ®iÖn tÝch vµ tiÒn khuÕch ®¹i nh¹y thÕ cã thiÕt kÕ c¬ b¶n nh h×nh 1.9. [2] Cf R2 -A -A R1 Vin V0 Cd V0 a) b) H×nh 1.9. S¬ ®å cña mét tiÒn khuÕch ®¹i: a) nh¹y thÕ ; b) nh¹y ®iÖn tÝch. 1.3.1.2. Nguyªn t¾c ho¹t ®éng TiÒn khuÕch ®¹i nh¹y thÕ th«ng dông h¬n tiÒn khuÕch ®¹i nh¹y dßng vµ tiÒn khuÕch ®¹i nh¹y ®iÖn tÝch. Nã khuÕch ®¹i bÊt kú thÕ nµo xuÊt hiÖn t¹i lèi vµo cña nã. §Çu dß bøc x¹ t¹o ra c¸c ®iÖn tÝch tõ nh÷ng sù kiÖn h¹t nh©n t¬ng t¸c víi tinh thÓ ®Çu dß, c¸c ®iÖn tÝch nµy ®îc tô l¹i trªn c¸c tô cña ®Çu dß vµ h×nh thµnh nªn thÕ. ThÕ nµy xuÊt hiÖn qua tô thuÇn céng víi c¸c tô ký sinh kh¸c cã thÓ cã mÆt ë lèi vµo tiÒn khuÕch ®¹i. Do ®ã, tô ®Çu dß ph¶i ®îc gi÷ æn ®Þnh trong kho¶ng thêi gian lµm viÖc. §©y chÝnh lµ trêng hîp èng nh©n quang ®iÖn, èng ®Õm tû lÖ vµ èng ®Õm Geiger – Muller. Cßn ®èi víi ®Çu dß b¸n dÉn th× tô riªng cña ®Çu dß l¹i thay ®æi theo nhiÖt ®é do dßng rß trong ®ièt b¸n dÉn phô thuéc vµo nhiÖt ®é. V× vËy, tiÒn khuÕch ®¹i lo¹i nµy kh«ng nªn dïng víi ®Çu dß b¸n dÉn. Nhîc ®iÓm cña tiÒn khuÕch ®¹i nh¹y thÕ cã thÓ tr¸nh b»ng c¸ch sö dông tiÒn khuÕch ®¹i nh¹y ®iÖn tÝch. Trong khèi khuÕch ®¹i nh¹y ®iÖn tÝch, khi ®iÖn tÝch tíi ®îc tô trªn mét tô ®iÖn. Sau ®ã, ®iÖn tÝch trªn tô ®iÖn nµy sÏ ®îc lÊy ®i b»ng c¸ch phãng ®iÖn qua mét m¹ch liªn kÕt cã thÓ lµ m¹ch liªn kÕt ph¶n håi lo¹i ®iÖn trë hay m¹ch liªn kÕt ph¶n håi quang. - NÕu tô phãng ®iÖn qua m¹ch liªn kÕt ph¶n håi lo¹i ®iÖn trë Rf (h×nh 1.10) cã gi¸ trÞ tõ 100 M ®Õn 2 G th× sù phãng ®iÖn nµy t¹o nªn xung ®u«i d¹ng mò nh h×nh 1.11a. H»ng sè thêi gian ®Æc trng thay ®æi rÊt dµi cì 50 μs hoÆc h¬n. [2]
Rf Cf -A Cd V0 H×nh 1.10. TiÒn khuÕch ®¹i nh¹y ®iÖn tÝch lo¹i liªn kÕt ®iÖn trë. b) a) H×nh 1.11. a) Xung ®u«i tõ mét tiÒn khuÕch ®¹i, b) sù chång chËp xung: xung thø hai chång lªn xung thø nhÊt. - NÕu thay m¹ch liªn kÕt ph¶n håi lo¹i ®iÖn trë Rf b»ng m¹ch liªn kÕt ph¶n håi quang häc th× phæ kÕ sÏ lµm viÖc chÝnh x¸c h¬n: t¹p ©m gi¶m vµ d¶i réng t¨ng lªn. Trong khèi tiÒn khuÕch ®¹i nµy, ®iÖn tÝch tõ ®Çu dß ®îc n¹p liªn tôc vµo tô vµ ®îc gi÷ cho tíi mét giíi h¹n x¸c ®Þnh (thêng lµ mét vµi V«n). Khi ®ã, xung dßng ph¸t ra cã dÊu ngîc l¹i ®îc khëi ph¸t vµ tô ®îc phãng ®iÖn. Trong qu¸ tr×nh nµy, mét xung ©m lín ®îc ph¸t ra trong d·y khuÕch ®¹i. §Ó ng¨n ngõa viÖc ph©n tÝch xung phãng ®iÖn nµy, mét tÝn hiÖu cÊm phô thuéc ®îc ph¸t ra ®Ó cÊm c¸c xung nµy trong c¸c m¹ch ®iÖn tö tiÕp theo sau. S¬ ®å vµ tÝn hiÖu lèi ra cña tiÒn khuÕch ®¹i víi m¹ch liªn kÕt ph¶n håi quang ®îc chØ ra trªn h×nh 1.12. Khi giíi h¹n ®¹t ®îc, sù phãng ®iÖn ©m lín ®îc nhËn thÊy vµ sau ®ã tô cña tiÒn khuÕch ®¹i b¾t ®Çu n¹p l¹i. [2]
Giíi h¹n trªn Lèi ra tiÒn Diser khuÕch ®¹i §Ìn CÊm Dßng ®Çu dß §Çu dß Lèi ra tÝn hiÖu TÝn hiÖu cÊm FET 1.3.1.3. H×nh 1.12. MétvµsètÝnkhèi S¬ ®å hiÖutiÒn lèikhuÕch ®¹i nh¹y ra cña tiÒn ®iÖn khuÕch ®¹itÝch víi m¹ch liªn kÕt ph¶n håi quang. 1.3.1.3.1. TiÒn khuÕch ®¹i cho ®Çu dß hµng rµo mÆt Si 2003BT [2] TiÒn khuÕch ®¹i lèi vµo FET nh¹y ®iÖn tÝch 2003BT ®îc thiÕt kÕ cho ®Æc tÝnh tèi u víi c¸c ®Çu dß hµng rµo mÆt Si (Silicon Surface Barrier – SSB). TiÒn khuÕch ®¹i lo¹i nµy lµm viÖc nh mét bé biÕn ®æi ®iÖn tÝch thµnh thÕ. Sau khi khuÕch ®¹i phÇn tö mang ®iÖn ®îc t¹o nªn trong ®Çu dß trong kho¶ng thêi gian mçi sù kiÖn h¹t nh©n bÞ hÊp thô, ë lèi ra cña tiÒn khuÕch ®¹i cung cÊp thÕ tû lÖ thuËn víi ®iÖn tÝch t¹i tÇn sè 0,45 V/pC. ThÕ nµy ®îc khuÕch ®¹i víi hÖ sè khuÕch ®¹i 20 mV/MeV cho ®Çu dß Si t¹i nhiÖt ®é phßng. §èi víi ®Çu dß SSB ®îc thiªn ¸p d¬ng, lèi ra n¨ng lîng hÕt søc tuyÕn tÝnh cung cÊp mét xung ph©n cùc d¬ng lý tëng cho phæ kÕ n¨ng lîng. Lèi ra thêi gian trïng phïng cung cÊp xung vi ph©n nhanh ph©n cùc ©m lý tëng ®Ó ph©n gi¶i c¸c sù kiÖn h¹t nh©n vÒ thêi gian. S¬ ®å chøc n¨ng cña tiÒn khuÕch ®¹i cho ®Çu dß hµng rµo mÆt Si 2003BT ®îc tr×nh bµy trªn h×nh 1.13. SHV 10 M 10 M Rf Lèi vµo HV Cf 100M 100 M 93 M Lèi vµo 93 M Lèi ra ®Çu dß n¨ng lîng BNC Lèi ra BNC thêi gian M¹ch tÝch ph©n M¹ch ®Öm H×nh 1.13. S¬ ®å chøc n¨ng cña tiÒn khuÕch ®¹i cho ®Çu dß hµng rµo mÆt Si 2003BT. TiÒn khuÕch ®¹i nh¹y ®iÖn tÝch 2003BT cã nh÷ng ®Æc trng kü thuËt c¬ b¶n sau: - Lèi vµo ®Çu dß: tiÕp nhËn xung ®iÖn tÝch tõ ®Çu dß b¸n dÉn lo¹i SSB.
- Lèi vµo cao thÕ: cho phÐp thÕ thiªn ¸p ®Çu dß lªn tíi ±2000V; trë thiªn ¸p nèi tiÕp ®Çu dß lµ 110 M. - Lèi vµo kiÓm tra: ®iÖn tÝch ®îc nèi víi tiÒn khuÕch ®¹i t¹i 1 pC/V; cã s½n t¹i ®Çu c¸p cña tiÒn khuÕch ®¹i. - Lèi ra n¨ng lîng: bÞ ®¶o víi h»ng sè thêi gian xung ®u«i 250 μs vµ biªn ®é lªn tíi ±10 V; Zout=93 . - Lèi ra thêi gian: (chØ víi ®Çu dß thiªn ¸p d¬ng) – kh«ng ®¶o, xung bÞ vi ph©n nhanh. - §Æc tÝnh: + §é phi tuyÕn tÝch ph©n: < ±0,04% cho 10 V lèi ra. + §é tr«i hÖ sè khuÕch ®¹i: < ±0,005%/0C (± 50 ppm/0C). + C¸ch ®iÖn thiªn ¸p ®Çu dß: ±2000 V DC. + §é nh¹y ®iÖn tÝch: 0,45 V/pC . + §é nh¹y n¨ng lîng: 20 mV/MeV (Si). 1.3.1.3.2. TiÒn khuÕch ®¹i cho ®Çu dß b¸n dÉn 2004 [2] Bé tiÒn khuÕch ®¹i lèi vµo FET nh¹y ®iÖn tÝch 2004 ®îc thiÕt kÕ ®Ó sö dông víi c¶ hai lo¹i ®Çu dß b¸n dÉn dung kh¸ng thÊp vµ cao. TiÒn khuÕch ®¹i biÕn ®æi c¸c phÇn tö mang ®iÖn thµnh xung thÕ hµm bíc, biªn ®é cña xung thÕ nµy tû lÖ víi ®iÖn tÝch tæng céng ®îc tÝch lòy trong mçi sù kiÖn. Lèi ra cung cÊp tÝn hiÖu ph©n cùc d¬ng khi sö dông víi ®Çu dß thiªn ¸p d¬ng vµ phÇn tÝn hiÖu suy gi¶m víi h»ng sè thêi gian 50 μs. H×nh 1.14 tr×nh bµy s¬ ®å chøc n¨ng cña tiÒn khuÕch ®¹i 2004. Lèi vµo HV 10 10 M M ChØnh P/Z TriÖt P/Z 100 100M M Lèi ra Lèi vµo n¨ng lîng ®Çu dß KhuÕch ®¹i Lèi vµo thö M¹ch tÝch P/Z ®Öm ph©n H×nh 1.14. S¬ ®å chøc n¨ng cña tiÒn khuÕch ®¹i 2004. Nh÷ng ®Æc trng c¬ b¶n cña tiÒn khuÕch ®¹i nh¹y ®iÖn tÝch 2004: - Lèi vµo ®Çu dß: tiÕp nhËn xung ®iÖn tÝch tõ ®Çu dß b¸n dÉn.
- Lèi vµo kiÓm tra: ®iÖn tÝch ®îc nèi víi tiÒn khuÕch ®¹i t¹i 2,2 pC/V; Zin = 93 . - Lèi vµo cao thÕ: cho phÐp thiªn ¸p ®Çu dß lªn tíi ±2000 V; trë thiªn ¸p nèi tiÕp ®Çu dß lµ 110 M. - Lèi ra n¨ng lîng: xung ®u«i bÞ ®¶o, h»ng sè thêi gian gi¶m 50 μs. - §Æc tÝnh: + §é phi tuyÕn tÝch ph©n: < ±0,02% cho 10 V lèi ra. + §é tr«i hÖ sè khuÕch ®¹i: < ±0,01%/0C (100 ppm/0C). + C¸ch ®iÖn thiªn ¸p ®Çu dß: ±5000 V DC. + §é nh¹y ®iÖn tÝch: 0,2 V/pC hay 1,0 V/pC. + §é nh¹y n¨ng lîng (Si): 9 mV/MeV hay 45 mV/MeV. 1.3.2. Nh÷ng khèi khuÕch ®¹i (Amplifier) 1.3.2.1. Chøc n¨ng c¬ b¶n cña khèi khuÕch ®¹i Khèi khuÕch ®¹i cã hai chøc n¨ng c¬ b¶n sau: - KhuÕch ®¹i tÝn hiÖu tõ khèi tiÒn khuÕch ®¹i. - H×nh thµnh xung ®Ó cã d¹ng thuËn tiÖn cho viÖc xö lý tÝn hiÖu cña c¸c khèi ®iÖn tö tiÕp theo. §èi víi c¸c khèi khuÕch ®¹i phæ kÕ, mét trong c¸c hÖ sè quan träng nhÊt lµ ®Æc trng h×nh thµnh xung. Xung tíi tõ khèi tiÒn khuÕch ®¹i cã thÓ cã ®Æc trng b»ng ®u«i dµi d¹ng hµm mò kÐo dµi tõ vµi μs ®Õn hµng tr¨m μs. Biªn ®é xung th× tû lÖ víi n¨ng lîng. NÕu xung thø hai tíi trong kho¶ng thêi gian  th× nã sÏ chång lªn ®u«i cña xung thø nhÊt vµ biªn ®é cña nã sÏ t¨ng lªn. Do ®ã, th«ng tin n¨ng lîng chøa trong xung thø hai sÏ bÞ mÐo ®i. §iÒu nµy ®îc gäi lµ sù chång chËp xung. §Ó tr¸nh hiÖu øng nµy, ta ph¶i h¹n chÕ tÇn sè ®Õm bÐ h¬n 1/ sè ®Õm trªn gi©y hoÆc h×nh thµnh xung. Tuy nhiªn, ph¬ng ph¸p h×nh thµnh xung lµ sù lùa chän tèi u v× tû sè tÝn hiÖu trªn t¹p ©m t¨ng. [2] §èi víi khèi khuÕch ®¹i nhanh, hÖ sè quan träng nhÊt lµ gi÷ thêi gian t¨ng nhanh cña tÝn hiÖu nghÜa lµ ®¶m b¶o mét d¶i réng. Do ®ã, c¸c khèi khuÕch ®¹i nhanh nãi chung h×nh thµnh rÊt Ýt hoÆc thËm chÝ kh«ng h×nh thµnh xung. Bªn c¹nh ®ã, khèi khuÕch ®¹i nhanh cßn bÞ h¹n chÕ hÖ sè khuÕch ®¹i (nhá h¬n 100 lÇn). §Ó hÖ sè khuÕch ®¹i cã thÓ t¨ng lªn cao h¬n, ta cã thÓ nèi nhiÒu tÇng nhng kh«ng yªu cÇu hÖ sè khuÕch ®¹i ngoµi 1000 lÇn. [2] Trong nh÷ng øng dông mµ ë ®ã c¶ th«ng tin thêi gian vµ th«ng tin biªn ®é ®îc yªu cÇu th× tån t¹i sù m©u thuÉn gi÷a d¹ng thêi gian vµ d¹ng tÝn hiÖu trªn t¹p ©m tèt nhÊt. Trong nhh÷ng trêng hîp nh thÕ th× cÇn cã sù tháa hiÖp. [2] 1.3.2.2. Nh÷ng m¹ch h×nh thµnh xung trong khèi khuÕch ®¹i
1.3.2.2.1. H×nh thµnh xung b»ng ®êng lµm chËm [2] C¸c khèi khuÕch ®¹i sö dông h×nh thµnh xung b»ng ®êng lµm chËm rÊt thÝch hîp cho nh÷ng yªu cÇu cña ®Çu dß nhÊp nh¸y (v× tû sè tÝn hiÖu trªn t¹p ©m cña tËp hîp khuÕch ®¹i, tiÒn khuÕch ®¹i lµ nghÌo vµ h¹n chÕ vÒ kh¶ n¨ng ph©n gi¶i n¨ng lîng). C¸c ®êng lµm chËm kÕt hîp víi c¸c m¹ch ®iÖn tö ®Ó t¹o nªn xung ra vu«ng tõ mçi xung vµo hµm bíc. §èi víi c¸c ®Çu dß kh«ng cã c¸c hÖ sè khuÕch ®¹i néi, h×nh thµnh xung b»ng ®êng lµm chËm lµ kh«ng thÝch hîp v× tû sè tÝn hiÖu trªn t¹p ©m cña tiÒn khuÕch ®¹i víi h×nh thµnh xung b»ng ®êng lµm chËm kÐm h¬n so víi h×nh thµnh xung chuÈn Gauss. C¸c m¹ch h×nh thµnh xung b»ng ®êng lµm chËm ®îc tr×nh bµy trªn h×nh 1.15. 2RD  1 RD ΔT RD ΔT -1 a) 2RD  1 RD ΔT RD ΔT -1 2RD  1 RD RD ΔT 2ΔT -1 b) H×nh 1.15. a) H×nh thµnh xung b»ng ®êng lµm chËm ®¬n. b) H×nh thµnh xung b»ng ®êng lµm chËm kÐp. Xung bíc tõ tiÒn khuÕch ®¹i bÞ ®¶o, ®îc lµm chËm vµ céng víi xung bíc gèc. KÕt qu¶ lµ t¹o ra mét xung ra vu«ng gãc víi ®é réng b»ng thêi gian lµm chËm cña ®êng lµm chËm. NÕu nèi tiÕp mét bé h×nh thµnh xung ®¬n thø hai ta sÏ cã m¹ch h×nh thµnh xung lµm chËm vi ph©n kÐp (h×nh 1.15b). KÕt qu¶ lµ xung ra cã hai ph©n cùc d¬ng - ©m víi biªn ®é vµ ®é réng b»ng nhau.
1.3.2.2.2. H×nh thµnh xung chuÈn Gauss [2] 3 4 Lèi vµo tõ tiÒn khuÕch ®¹i 1 C 2 M¹ch tÝch ph©n RC Bé håi phôc A1 A2 ®êng c¬ b¶n R C R2 R1 M¹ch tÝch ph©n M¹ch tÝch ph©n tÝch cùc M¹ch vi ph©n vµ A-1 A-1 khö cùc zero H×nh 1.16. H×nh thµnh xung trong khèi khuÕch ®¹i chuÈn Gauss. B»ng c¸ch thay m¹ch tÝch ph©n RC ®¬n gi¶n b»ng mét m¹ch tÝch ph©n tÝch cùc th× tû sè tÝn hiÖu trªn t¹p ©m cña khèi khuÕch ®¹i h×nh thµnh xung cã thÓ tèt lªn tõ 17% ®Õn 19%. §iÒu nµy lµ quan träng ®èi víi ®Çu dß b¸n dÉn v× sù ph©n gi¶i n¨ng lîng vµ h»ng sè thêi gian h×nh thµnh ng¾n cña nã bÞ h¹n chÕ b»ng tû sè tÝn hiÖu trªn t¹p ©m. KÕt qu¶ lµ xung ra cña m¹ch h×nh thµnh xung nµy cã d¹ng cña mét ®êng cong Gauss. ¦u ®iÓm cña h×nh thµnh xung chuÈn Gauss lµ gi¶m ®é réng xung ra t¹i 0,1% biªn ®é xung. T¹i mét h»ng sè thêi gian, d¹ng xung Gauss cã thÓ gi¶m ®é réng xung tõ 22% ®Õn 52% so víi bé läc CR-RC. §iÒu nµy dÉn ®Õn ®Æc trng håi phôc ®êng kh«ng tèt, lµm gi¶m thêi gian chÕt cña bé khuÕch ®¹i. D¹ng xung ra cña bé h×nh thµnh xung chuÈn Gauss ®îc chØ ra trªn h×nh 1.17. Lèi ra ®¬n cùc 2V 2 μs 2V/cm, 2 μs/cm H×nh 1.17. D¹ng xung ra cña h×nh thµnh xung chuÈn Gauss víi h»ng sè thêi gian 2 μs.
1.3.3. Khèi biÕn ®æi t¬ng tù thµnh sè (Analog to Digital Converter - ADC) 1.3.3.1. Nguyªn t¾c ho¹t ®éng ADC ®o biªn ®é cùc ®¹i cña mét xung t¬ng tù vµ biÕn ®æi gi¸ trÞ ®ã thµnh m· sè. M· sè tû lÖ víi biªn ®é t¬ng tù t¹i lèi vµo ADC. §èi víi c¸c xung tíi liªn tiÕp, m· sè tõ ADC ®îc dÉn ®Õn bé nhí dµnh riªng hoÆc m¸y tÝnh vµ ®îc ph©n lo¹i b»ng biÓu ®å. TÝn hiÖu lèi ra tõ khèi khuÕch ®¹i phæ ®îc ®a ®Õn lèi vµo cña ADC, nÕu tÝn hiÖu n»m trong ngìng cña ADC th× ADC sÏ biÕn ®æi. Sau khi biÕn ®æi tÝn hiÖu t¬ng tù thµnh tÝn hiÖu sè th× ADC sÏ göi tÝn hiÖu Data Ready ®Õn card thu nhËn d÷ liÖu (MCA hay Interface) b¸o cho card thu nhËn d÷ liÖu biÕt s½n sµng ®äc d÷ liÖu. Sau khi nhËn ®îc tÝn hiÖu Data Ready, card thu nhËn d÷ liÖu sÏ göi tÝn hiÖu Data Accept ®Õn ADC ®Ó cho phÐp b¾t ®Çu qu¸ tr×nh biÕn ®æi míi vµ d÷ liÖu cña phÐp biÕn ®æi míi nµy sÏ thay thÕ d÷ liÖu cña phÐp biÕn ®æi tríc ®ã. [4] Trong qu¸ tr×nh biÕn ®æi cña ADC, d÷ liÖu lèi vµo cã thÓ lµ Valid (c¸c d÷ liÖu vµo cña ADC ®îc card thu nhËn d÷ liÖu ®äc vµ ghi) hoÆc Invalid (c¸c d÷ liÖu lèi vµo cña ADC ®îc card thu nhËn d÷ liÖu ®äc mµ kh«ng ghi). [4] Data Ready INTERFACE Enable Data ADC Dead Time Data Accept H×nh 1.18. Nguyªn t¾c ho¹t ®éng vµ c¸ch ghÐp nèi cña ADC víi Interface. 1.3.3.2. Mét sè khèi biÕn ®æi t¬ng tù thµnh sè 1.3.3.2.1. ADC Wilkinson [2]
Ho¹t ®éng cña ADC Wilkinson ®îc minh häa nh h×nh 1.19. Bé ph©n biÖt møc thÊp ®îc dïng ®Ó ghi nhËn xung tõ khèi khuÕch ®¹i. Ngìng cña bé ph©n biÖt møc thÊp thêng ®îc ®Æt trªn møc t¹p ©m ®Ó ng¨n ngõa ADC kh«ng mÊt thêi gian ph©n tÝch t¹p ©m. ThÕ Thêi gian Bé ph©n biÖt møc thÊp (a) Xung lèi ra bé khuÕch®¹i (b) Lèi ra bé ph©n biÖt møc thÊp (c) TÝn hiÖu tô gi¶m dÇn (d) §ång hå ®Þa chØ (e) Chu tr×nh nhí (f) Cæng tuyÕn tÝnh bÞ ®ãng Khi xung (g) Cæng thêi gian chÕt vµo ADC cao h¬n H×nh 1.19. TÝn hiÖu thêi gian cña ADC Wilkinson trong kho¶ng thêi gian xö lý xung. ngìng ph©n biÖt møc thÊp, cæng tuyÕn tÝnh vµo më vµ tô n¹p ®îc nèi víi lèi vµo. Do ®ã, tô ®îc n¹p tíi biªn ®é cña xung vµo (h×nh 1.20a).
cæng tuyÕn tÝnh Cæng tuyÕn tÝnh Bé ®Õm §ång hå ®Þa chØ ®Þa chØ (a) Tô n¹p ®iÖn I Cæng tuyÕn tÝnh Bé ®Õm §ång hå ®Þa chØ ®Þa chØ (b) Tô phãng ®iÖn Cæng tuyÕn tÝnh Bé ®Õm §ång hå ®Þa chØ ®Þa chØ (c) Chu tr×nh nhí H×nh 1.20. Ho¹t ®éng cña ADC Wilkinson trong kho¶ng thêi gian ba tr¹ng th¸i xung. Khi biªn ®é xung vµo ®¹t tíi cùc ®¹i vµ b¾t ®Çu gi¶m (h×nh 1.20 b) th× cæng tuyÕn tÝnh bÞ ®ãng vµ tô bÞ ng¾t khái lèi vµo. Khi ®ã, thÕ trªn tô b»ng biªn ®é cùc ®¹i cña xung vµo. Theo sù ph¸t hiÖn biªn ®é ®Ønh, mét nguån dßng kh«ng ®æi ®îc nèi víi tô ®Ó t¹o nªn sù phãng ®iÖn tuyÕn tÝnh cña thÕ tô. Cïng lóc ®ã, ®ång hå ®Þa chØ ®îc nèi víi bé ®Õm ®Þa chØ vµ xung ®ång hå ®Õm trong kho¶ng thêi gian phãng ®iÖn cña tô. Khi thÕ trªn tô vÒ zer« th× viÖc ®Õm xung cña ®ång hå còng dõng l¹i. V× thêi gian cho phãng ®iÖn tuyÕn tÝnh cña tô tû lÖ víi biªn ®é xung gèc cho nªn sè ®Õm Nc ghi ®îc trong bé ®Õm ®Þa chØ còng tû lÖ víi biªn ®é xung. Trong kho¶ng thêi gian cña chu tr×nh nhí, ®Þa chØ Nc ®îc ®Þnh vÞ trong bé nhí biÓu ®å vµ mét sè ®Õm ®îc céng vµo néi dung cña vÞ trÝ ®ã. Gi¸ trÞ Nc thêng t¬ng øng víi sè kªnh. ADC thêng cã sè kªnh thÊp lµ 256 cho nh÷ng øng dông ph©n gi¶i thÊp vµ cã 16384 kªnh cho nh÷ng yªu cÇu kh¶ n¨ng ph©n gi¶i cao. §èi víi ADC Wilkinson, thêi gian ®o cña MCA ®ãng gãp vµo thêi gian chÕt theo biÓu thøc (1.1).