光电倍增管的外部电路精品PPT课件

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光电倍增管PMT

雪崩光电二极管（APD）、
增强型光电二极管（IPD）、微通道板（MCP）、微球板（MSP）真空光电二极管（VAPD）
6
1.光电倍增管（PMT）单光子探测器
单光子探测需要的光电倍增管要求增益高、暗电流小、
噪声低、时间分辨率高、量子效率高、较小的上升和下降时间。
特点：
具有高的增益（104～107）；大光敏面积；低噪声等效功率（NEP）；
光子探测了，一般选用InGaAs-APD，但由于制造工艺的问题，目前还没有专门针对单光子探测的商用InGaAsAPD。目前对这两个波段的单光子探测一般都是关于利用现有针对光纤通信的商用APD，通过优化外围驱动电路，改善工作环境，使其达到单光子探测的目的。
14
目前对单光子探测器将主要从两个方面去研究
32
阳极接地的优点：可直接与前置放大器耦合。缺点是噪声
比较大。
这种接法：阴极为负高压，光电倍增管工作时为了安全一
般外罩必须接地，这就意味着外罩的壁和光电倍增管内部电极之间有很大的负压，特别是对阳极和靠近阳极的倍增极，由于这个高压，可能在阴极和倍增极与外罩间形成漏电流，这个漏电流流经玻璃时会产生荧光。荧光发射的光子将会到达光阴极，产生误计数。
Δ τ 很小，渡越时间τ 也较小。若将其光阴极也制成曲面形状，则这种管子最为适宜作光子计数器使用。
聚焦电极
K
A
22
3.PMT的增益与二次电子发射系数回顾
倍增管的增益G定义为
Ia G Ik
二次电子发射系数δ又称为倍增系数
δ值一般为3~6，视倍增极的材料和工作偏压而定。
N2 N1
23
在理想情况下，设阴极和倍增极发射的电子都被阳极所

光电倍增管ppt课件

3
侧窗式
K 1、光窗
完整最新ppt
K
端窗式
4
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2、光电阴极
把光电发射体镀在金属或透明材料上即可制成，起着在光照情况下发射光电子的作用
a 、银氧铯(Ag-O-Cs)光电阴极红外探测，暗电流大，稳定性差，易疲劳及老化 b、单碱锑化物光电阴极与a比较而言，暗电流小，疲劳及老化程度小些 c、多碱锑化物光电阴极耐高温，暗电流、疲劳及老化都小但工艺复杂，成
(4)入射电子经N级倍增极倍增后，光电子就放大 N次；
(5)经过倍增后的二次电子由阳极收集起来，形成阳极光电流，在负载上产生信号电压。
12
完整最新ppt
三、光电倍增管的主要性能参数
1.灵敏度灵敏度是衡量光电倍增管探测光信号能力的一
个重要参数，一般是指积分灵敏度，其单位为 uA/Lm。光电倍增管的灵敏度一般包括阴极灵敏度、阳极灵敏度。
4、电子倍增系统完整最新ppt
非聚焦则是指在两电极间的电子运动轨迹是平行的。
所谓聚焦不是指使电子束会聚于一点，而是指电子从前一级倍增极飞向后一级倍增极时，在两电极间的电子运动轨迹，可能有交叉。
各种倍增极的结构形式
a) 百叶窗式 b) 盒栅式 c) 直瓦片式 d) 圆瓦片式
7
4、电子倍增系统
型盒栅式
收集率较高（可达95%），结构紧凑，但极间电子渡越时间零散较大。
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8
5、阳极
完整最新ppt
阳极是采用金属网作的栅网状结构，把它置于靠近最末一级倍增极附近，用来收集最末一级倍增极发射出来的二次电子。
空间电荷效应
一次电子
栅网状阳极
二次电子
阳极结构示意图 9

光电倍增管的外部电路共35页

55、为中华之崛起而读书。 ——周恩来
1、不要轻言放弃，否则对不起自己。
2、要冒一次险!整个生命就是一场冒险。走得最远的人，常是愿意去做，并愿意去冒险的人。“稳妥”之船，从未能从岸边走远。-戴尔．卡耐基。
梦ห้องสมุดไป่ตู้境
3、人生就像一杯没有加糖的咖啡，喝起来是苦涩的，回味起来却有久久不会退去的余香。
光电倍增管的外部电路 4、守业的最好办法就是不断的发展。 5、当爱不能完美，我宁愿选择无悔，不管来生多么美丽，我不愿失去今生对你的记忆，我不求天长地久的美景，我只要生生世世的轮回里有你。
谢谢！
51、天下之事常成于困约，而败于奢靡。——陆游 52、生命不等于是呼吸，生命是活动。——卢梭
53、伟大的事业，需要决心，能力，组织和责任感。 ——易卜生 54、唯书籍不朽。——乔特

光电阴极灵敏度和光电倍增管的总灵敏度PPT课件

2020/6/1
1—发光元件 2—接收元件 3—壳体 4—导线 5—反射物 6—窗体
.
39
光电开关外形
2020/6/1
.
40
应用范围
用光电开关检测物体时，大部分只要求其输出信号有“高—低”之分即可。
2020/6/1
.
41
光电开关广泛应用于工业控制、自动化包装线及安全装置中作光控制和光探测装置。可在自控系统中用作物体检测、产品计数、料位检测、尺寸控制、安全报警及计算机输入接口等用途。
.
15
光敏电阻
当光敏电阻受到光照时，阻值减小。
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.
16
（2）光敏电阻的基本特性和主要参数。
光敏电阻的伏安特性。
I(mA)
6 5 4 3 2 1
0
硫化铅硫化铊 UV
50 100
光敏电阻的伏安特性
2020/6/1
.
17
光敏电阻的频率特性
光敏电阻的光谱特性。
2020/6/1
0 6 0
4
0
2
0
硫化铅硫化镉
0
10
暗电阻、亮电阻与光电流。
100 1000 10000 频率（Hz）
光敏电阻在受到光照射时的电阻称为亮电阻，此时流过的电流称为亮电流。在没有受到光照射时的阻值称为暗电阻，此时流过的电流被称为暗电流。
2020/6/1
.
19
光敏电阻的温度特性。
灵敏度 (%)
2020/6/1
.
43
7.1.4 光电传感器的应用
吸收式烟尘浊度检测仪框图
白炽光光源
光检测器
放大电路

光电倍增管的外部电路优选PPT

选择阳极电阻R =82kΩ，阳极电流应不小于I ，因此进行计数，用计算机作成体内正电子同位素分布的断层画面，这种装置称为正电子CT。
彩色扫描
a
amin
彩色图片或照片进行印刷时，需要将其颜色进行分色扫描。
故阴极面上的入射光通量不能超过
I =U /R =0.2V /82 kΩ=2.439μA 当入射辐射信号为高速的迅变信号或脉冲时，末3级倍增极电流变化会引起较大UDD的变化，引起光电倍增管增益的起伏，将破坏信息
的变换。辐射计数器
amin O a
在2层正交排列的细长塑料晶体的端部，配置光电倍增管，测量带电粒子通过的位置和时间。
故阴极面上的入射光通量不能超过
区域可检以测入连仪续射地检光测环境通辐射量水平为。 0.6×10-6lm时的阴极电流为
I = S φ =40×10 ×0.6×10 =24×10 μA 4-5 光电倍增管的应用
Ri 偏置电路采用如图4-8所示的供电电路，设流过电阻链的电流为IRi，流过阳极电阻Ra的最大电流为
4.4 光电倍增管的供电电路
光电倍增管具有极高的灵敏度和快速响应等特点，使它在光谱探测和极微弱快速光信息的探测等方面成为首选的光电探测器。
光电倍增管的供电电路种类很多，可以根据应用的情况设计出各具特色的供电电路。本节介绍最常用的电阻分压式供电电路。
如图4-8所示为典型光电倍增管的电阻分压式供电电路。电路由11个电阻构成电阻链分压器，分别向10级倍增极提供电压UDD。
对锑化铯倍增极
G0.7NUDD
G
UDD
G0.7NUbb
G
Ubb
对银镁合金倍增极
G n Ubb
G
Ubb
由于光电倍增管的输出信号Uo=GSkφvRL，因此，

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２.荧光分光光度计荧光分光光度计依据生物化学，特别是分子生物学原理。物质受到光照射，发射长波的发光，这种光称为荧光。用光电倍增管检测荧光的强度及光谱特性，可以定性或定量地分析样品成份。
3.拉曼分光光度计用单色光照射物质后被散乱，这种散乱光中，只有物质特有量的不同波长光混合在里面。这种散乱光（拉曼光）进行分光测定，对物质进行定性定量的分析。由于拉曼发光极其微弱，因此检测工作需要复杂的光路系统，并且采用单光子计数法。
4.4 光电倍增管的供电电路
光电倍增管具有极高的灵敏度和快速响应等特点，使它在光谱探测和极微弱快速光信息的探测等方面成为首选的光电探测器。
4.4.1 电阻链分压型供电电路
光电倍增管的供电电路种类很多，可以根据应用的情况设计出各具特色的供电电路。本节介绍最常用的电阻分压式供电电路。
如图4-8所示为典型光电倍增管的电阻分压式供电电路。电路由11个电阻构成电阻链分压器，分别向10级倍增极提供电压UDD。
例4-1 设入射到PMT上的最大光通量为φv=12×10-6lm，当采用GDB-235型倍增管为光电探测器，已知它的倍增级数为8级，阴极为SbCs材料，倍增极也为SbCs材料， SK=40μA/lm，若要求入射光通量在6×10-6lm时的输出电压幅度不低于0.2V，试设计该PMT的变换电路。若供电电压的稳定度只能做到0.01%，试问该PMT变换电路输出信号的稳定度最高能达到多少？
对锑化铯倍增极
G 0.7N UDD
G
U DD
G 0.7N Ubb
G
U bb
对银镁合金倍增极
G n U bb
G
U bb
由于光电倍增管的输出信号Uo=GSkφvRL，因此，
输出信号的稳定度与增益的稳定度有关
U G n U bb
UG
U bb
在实际应用中常常对电源电压稳定度的要求简单地认为高于输出电压稳定度一个数量级。例如，当要求输出电压稳定度为1%时，则要求电源电压稳定度应高于0.1%。
(2) 计算偏ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ电路电阻链的阻值偏置电路采用如图4-8所示的供电电路，设流过电阻链的
电流为IRi，流过阳极电阻Ra的最大电流为 Iam=GSKφvm=1.02×105×40×10-6×12×10-6=48.96μA 取IRi≥10 Iam，则
IRi=500μA 因此，电阻链的阻值Ri= UDD/ IRi=156kΩ
Vm
Iam/G SK
2 103
1.02 105 40 106
0.49 103 (Lm)
运算放大器输出输出的电压
PMT
V0 R f I p
Rf Cf V
4-5 光电倍增管的应用
一、光谱学 ----- 利用光吸收原理
1.紫外/可见/近红外分光光度计
光通过物质时使物质的电子状态发生变化，而失去部分能量，称为吸收。利用吸收进行定量分析。为确定样品物质的量，采用连续的光谱对物质进行扫描，并利用光电倍增管检测光通过被测物质前后的强度，即可得到被测物质吸收程度，计算出物质的量。
1、电阻链的设计
考虑到光电倍增管各倍增极的电子倍增效应，各级的电子流按放大倍率分布，其中，阳极电流Ia最大。因此，电阻链分压器中流过每级电阻的电流并不相等，但是，当流过分压电阻的电流IR远远大于Ia时，即 IR ＞＞ Ia时，流过各分压电阻Ri的电流近似相等。工程上常设计IR大于等于10倍的Ia电流。
IR≥10Ia
选择的太大将使分压电阻功率损耗加大，倍增管温度升高导致性能的降低，以至于温升太高而无法工作。
选定电流后，可以计算出电阻链分压器的总阻值R
R=Ubb/IR 各分压电阻Ri 为
而R1应为 R1=1.5 Ri 2、电源电压
Ri
(N
U bb 1.5) I R
极间供电电压UDD直接影响着二次电子发射系数δ，或管子的增益G。因此，根据增益G的要求可以设计出极间供电电压UDD与电源电压Ubb。
2.原子吸收分光光度计
广泛地应用于微量金属元素的分析。对应于分析的各种元素，需要专用的元素灯，照射燃烧并雾化分离成原子状态到被测物质上，用光电倍增管检测光被吸收的强度，并与预先得到的标准样品比较。
二、利用发光原理
１.发光分光光度计样品接受外部照射光的能量会产生发光，利
用单色器将这种光的特征光谱线显示出来，用光电倍增管探测出特征光谱线是否存在及其强度。这种方法可以迅速地定性或定量地检查出样品中的元素。
由
G
(0.2)n
U
0.7n DD
G
(0.025)nU
n DD
可以计算出UDD与Ubb。
3. 末极的并联电容
当入射辐射信号为高速的迅变信号或脉冲时，末3级
倍增极电流变化会引起较大UDD的变化，引起光电倍增管增益的起伏，将破坏信息的变换。在末3极并联3个电容C1、 C2与C3，通过电容的充放电过程使末3级电压稳定。
此时，PMT的增益G应为
G Iamin 2.439 1.02 105 I K 24 106
G N N=8，每一级的增益δ=4.227
SbCs倍增极材料的增益δ与极间电压UDD有
0.2(U DD )0.7
U DD
0.7
0.2
78V
总电源电压Ubb为 Ubb=（N+1.5）UDD=741V
电容C1、C2与C3的计算公式为
C1
70 NI am
LU DD
式中N为倍增极数，Iam为阳极峰值电流，τ为脉冲的持续时间，UDD为极间电压，L为增益稳定度的百分数。
C2
C1
C3
C1
2
4.4.3 电源电压的稳定度
G
(0.2)
N
U
0.7N DD
G
(0.025)NU
N DD
可得到光电倍增管的电流增益稳定度与极间电压稳定度的关系
取Ri=120 kΩ，R1=1.5Ri=180 kΩ。
(3) 输出信号电压的稳定度最高为
U n U bb 8 0.01% 0.08%
U
U bb
例4-2 如果GDB-235的阳极最大输出电流为2mA，试问阴极面上的入射光通量不能超过多少lm？
解由于Iam=G SKφVm 故阴极面上的入射光通量不能超过
解 (1) 首先计算供电电源的电压
根据题目对输出电压幅度的要求和PMT的噪声特性，可以选择阳极电阻Ra=82kΩ，阳极电流应不小于Iamin，因此
Iamin=UO/Ra=0.2V /82 kΩ=2.439μA
入射光通量为0.6×10-6lm时的阴极电流为 IK= SKφv=40×10-6×0.6×10-6=24×10-6μA