《信號與噪聲》PPT課件

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1、第一章核電子學系統(tǒng)中的信號與噪聲§1.核輻射探測器及其輸出信號§2.核電子學中的噪聲§3核電子學中的信號與噪聲分析基礎§4核電子學測量系統(tǒng)概述§1.核輻射探測器及其輸出信號一.核輻射探測器的要求和特點探測器輸出信號為隨機脈沖（時間特性、幅度分布的非周期性或非等值性）。由于信號的統(tǒng)計性，要求核電子學用獨特方法處理和研究。脈沖參數(shù)：電荷量、出現(xiàn)時刻、單位時間脈沖數(shù)、脈沖形狀（上升時間）核信息：能量（能損），粒子入射時間、強度、粒子類型（α.β.γ.n.p.d）對信號脈沖的幅度、時間、波形和數(shù)目等參數(shù)量的獲取、處理和分析，可以獲得粒子的動量、能量、電荷量、質

2、量、時間和空間關系等各種性質。§1.核輻射探測器及其輸出信號二．探測器類別和輸出信號1.電離室輸出信號：圖1.1.22.半導體探測器金硅面壘探測器、Ge(Li)和Si(Li)探測器、HPGe探測器等。§1.核輻射探測器及其輸出信號固體電離室，與氣體情況類似。平均電離能約3ev，電子空穴收集時間約為10-7s?！?.核輻射探測器及其輸出信號3.閃爍探測器電子經(jīng)過光電倍增管的打拿極需要一定時間，所以電流信號i(t)和電壓信號vc(t)比入射粒子產(chǎn)生的光脈沖要有延遲時間t1，光子在光陰極上轉化成光電子的位置不同，t1有漲落，電流和電壓信號有一時間分布?！?.核輻射

3、探測器及其輸出信號三．核輻射探測器的基本性能（指標）探測效率、輸出幅度、分辨率、線性響應、穩(wěn)定性表1.1表1.2表1.3表1.4§1.核輻射探測器及其輸出信號四．核輻射探測器的輸出電路1.脈沖電離室圖1.1.6(a)、(b)、(c)、(d)、(e)R=RL//RiC=CO+Cs+CiRC>T+Vm=Ne/C§1.核輻射探測器及其輸出信號2．半導體探測器圖1.1.7(a)、(b)、(c)RD偏置電阻Rd靈敏區(qū)電阻R’、C’非靈敏區(qū)電阻電容Ri、Ci放大器輸入電阻和電容、Cs分布電容、Cc隔直電容RC>T輸出即可達Ne/CRD//RiCD//Cs//Ci

4、§1.核輻射探測器及其輸出信號3.閃爍探測器圖1.1.8(a)、(b)、(c)、(d)、(e)R=Ra//RiC=Co+Cs+Ci五．輸出信號的數(shù)學模擬單位沖擊函數(shù)0電流沖擊脈沖沖擊序列§2.核電子學中的噪聲一.噪聲干擾和噪聲均方值信噪比η=Vo/Vno等效噪聲電壓(ENV)等效噪聲電荷(ENC)等效噪聲電荷數(shù)(ENN)等效噪聲射線能量(ENE)分辨展寬噪聲半高全寬(FWHM)NE=2.36（ENE）探測器固有能量分辨半高全寬(FWHM)DE一、噪聲對核測量的影響(1.2.2)§2.核電子學中的噪聲二、噪聲的分類和噪聲源1.散粒噪聲產(chǎn)生原因：載流子

5、產(chǎn)生和消失的隨機漲落表現(xiàn)形式：電流的瞬時波動（輸出電壓的波動）§2.核電子學中的噪聲2.熱噪聲導體或電阻中載流子的熱運動，與外加電壓和平均電流無關，主要與溫度有關。圖1.2.3場效應管多子在溝道中作熱運動產(chǎn)生的溝道熱噪聲電壓如1.2.12式3.低頻噪聲一種隨頻率降低而增大的噪聲場效應管的低頻噪聲（閃爍噪聲）電壓如1.2.14式除上述三類噪聲外，由于系統(tǒng)安裝位置的機械振動或沖擊，也會造成顫噪聲，故需盡量減少測量現(xiàn)場的振動和沖擊。§3.核電子學中的信號與噪聲分析基礎一、時域和頻域分析網(wǎng)絡(電路或系統(tǒng))分線性網(wǎng)絡（描述方程為線性微分方程)、非線性網(wǎng)絡（數(shù)學分析方法

6、處理）。圖1.3.1核脈沖通過線性網(wǎng)絡§3.核電子學中的信號與噪聲分析基礎傅氏變換與拉氏變換的應用過程§3.核電子學中的信號與噪聲分析基礎§3.核電子學中的信號與噪聲分析基礎二、核電子學中常見的基本電路分析1.探測器的輸出電路沖擊響應Ｖ(t)=h(t)=頻率響應H(ω)=R/(1+jωRC)振幅頻譜∣H(ω)∣=R/相位角θ(ω)=-arctg(ωRC)=-tg-1(ωRC)高頻半功率點§3.核電子學中的信號與噪聲分析基礎2.RC積分電路（低通濾波器）沖擊響應頻率響應H(ω)=1/(1+jωRC)振幅頻譜和相位角§3.核電子學中的信號與噪聲分析基礎3.CR

7、微分電路（高通濾波器）H(ω)=jωRC/(1+jωRC)

8、H(ω)

9、=θ(ω)=tg-11/(ωRC)§3.核電子學中的信號與噪聲分析基礎h(t)=1/2δ(t)-1/2δ(t-τd)

10、H(ω)

11、=

12、sin

13、4.短路延遲線H(ω)=§3.核電子學中的信號與噪聲分析基礎三、核隨機信號通過線性網(wǎng)絡1.核電子學中的隨機信號及其表現(xiàn)形式（1）噪聲（隨機信號）概率密度函數(shù)-高斯分布§3.核電子學中的信號與噪聲分析基礎平均功率——自相關函數(shù)、功率譜密度噪聲的隨機過程是平穩(wěn)隨機過程，自相關函數(shù)是時間差的函數(shù)與時間無關?！?.核電子學中的信號與噪聲分析基礎白噪聲——白譜圖

14、1.3.11有限寬的白噪聲譜密度與自相關函數(shù)噪聲頻帶