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一种带控的PMT驱动控制电路

阅读:0发布:2020-07-14

专利汇可以提供一种带控的PMT驱动控制电路专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且一种带 门 控的PMT驱动控制 电路 ,给出了PMT微弱 信号 高带宽(300MHz)级联放大技术方案,适用于给出了450V高 电压 、低功率下的门控电路;级联放大包括三级放大,第一级为 跨阻 放大器 ,将微弱的 电流 信号通过 跨阻放大器 之后,转变为一定幅值的电压信号,之后再经过后两级放大成可识别的电压信号。门控电路为高压门控,通过 三极管 和场效应管的通断来获取一个反向电压,控制PMT的通断。本 发明 电路采用三级放大技术进行电流转换放大至合理幅值的电压信号,实现了300MHz的信号带宽,具备全 波形 信号测量提取能 力 。,下面是一种带控的PMT驱动控制电路专利的具体信息内容。

1.一种带控的PMT驱动控制电路,其特征在于,包括跨阻放大器U1、运算放大器U2、运算放大器U3、高速光耦U4、场效应管Q1、三极管Q2;以及电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5、电容C6、电容C7、电容C8、电容C9、电容C10、电容C11、电容C12、电容C13、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻R14、电阻R15、电阻R16、电阻R17、电阻R18、电阻R19、电阻R20、电阻R21、电阻R22、电阻R23;
所述跨阻放大器U1的第一管脚的输出信号OUT1,作为运算放大器U2的输入电压IN2,跨阻放大器U1的第一管脚与运算放大器U2的第三管脚连接;电容C1和电阻R1并联在跨阻放大器U1的第一管脚和第四管脚之间;跨阻放大器U1的第二管脚和第三管脚均与AGND连接;电容C2和电容C3并联后的一端与跨阻放大器U1的第六管脚连接,另一端与AGND连接;跨阻放大器U1的第五管脚作为PMT驱动控制电路的输入端;
所述电阻R2、电阻R3、电阻R4依次串联后,电阻R2与运算放大器U2的第四管脚连接,电阻R4与AGND连接;运算放大器U2的第四管脚同时经电阻R6与AGND连接;运算放大器U2的第一管脚连接在电阻R2、电阻R3之间;电容C4和电容C5并联后一端与运算放大器U2的第六管脚连接,另一端与AGND连接;电容C6和电容C7并联后一端与运算放大器U2的第二管脚连接,另一端与AGND连接;运算放大器U2的第三管脚经电阻R5后与AGND连接;电阻R3和电阻R4之间的信号作为运算放大器U2的输出信号OUT2;
所述输出信号OUT2作为运算放大器U3的输入信号IN3,发送给运算放大器U3的第三管脚;电容C10和电容C11并联后一端与运算放大器U3的第四管脚连接,另一端与AGND连接;电阻R9的一端与运算放大器U3的第二管脚连接,另一端与AGND连接;电阻R7的一端与运算放大器U3的第二管脚连接,另一端与运算放大器U3的第六管脚连接;运算放大器U3的第一管脚和第五管脚均与AGND连接;电容C8和电容C9并联后一端与运算放大器U3的第七管脚连接,另一端与AGND连接;运算放大器U3的第六管脚依次经电阻R8和电阻R10后与AGND连接;
电阻R8和电阻R10之间的信号作为运算放大器U3的输出信号OUT3;
所述高速光耦U4的第二管脚输入端接外部输入门控信号,高速光耦U4的第三个管脚经电阻R16与AGND连接;电容C12的一端与高速光耦U4的第八管脚连接,另一端作为输出信号HV_OUT;电阻R14的两端分别与高速光耦U4的第八管脚和高速光耦U4的第七管脚连接;电阻R15的两端分别与高速光耦U4的第八管脚和高速光耦U4的第六管脚连接;电容C13的两端分别与高速光耦U4的第六管脚和高速光耦U4的第五管脚连接;三极管Q2的基极经过电阻R17后与高速光耦U4的第六管脚连接;三极管Q2的发射极与高速光耦U4的第五管脚连接;三极管Q2的集电极经过与电阻R13后与场效应管Q1的栅极连接;电阻R11和电阻R12并联后分别与场效应管Q1的栅极和场效应管Q1的漏极连接;
光子转换后的输出信号K依次经过电阻R23、电阻R22、电阻R21、电阻R20、电阻R19、电阻R18后与与AGND连接;输出信号HV_OUT连接在电阻R23和电阻R22之间;输出信号Dy1连接在电阻R22和电阻R21之间;输出信号Dy2连接在电阻R21和电阻R20之间;输出信号Dy3连接在电阻R20和电阻R19之间;Dy1为PMT的第一打拿级,Dy2为PMT的第二打拿级,Dy3为PMT的第三打拿级,K为PMT的光阴极,光子在K处,转化为电子,然后经过加速形成电流,作为跨阻放大器U1第五管脚的输入信号IN1。
2.根据权利要求1所述的一种带门控的PMT驱动控制电路,其特征在于,所述跨阻放大器U1用于将电流信号变换为电压信号。
3.根据权利要求1所述的一种带门控的PMT驱动控制电路,其特征在于,所述运算放大器U3用于对跨阻放大器U1输出的电压信号进行300MHz带宽下的放大。
4.根据权利要求1所述的一种带门控的PMT驱动控制电路,其特征在于,所述PMT驱动控制电路隔离的电压不超过3750V。
5.根据权利要求1~4之一所述的一种带门控的PMT驱动控制电路,其特征在于,所述跨阻放大器U1选用LTC6268-10。
6.根据权利要求1~4之一所述的一种带门控的PMT驱动控制电路,其特征在于,所述运算放大器U2选用OPA847和THS3491。
7.根据权利要求1~4之一所述的一种带门控的PMT驱动控制电路,其特征在于,所述高速光耦U4选用6N137。
8.根据权利要求1~4之一所述的一种带门控的PMT驱动控制电路,其特征在于,所述三极管Q2选用BUX85G。
9.根据权利要求1~4之一所述的一种带门控的PMT驱动控制电路,其特征在于,所述场效应管Q1选用IXTP10P50P。

说明书全文

一种带控的PMT驱动控制电路

技术领域

[0001] 本发明涉及一种带门控的PMT驱动控制电路,属于电路设计领域。

背景技术

[0002] 目前,激光探测技术环节中,需要PMT(光电倍增管)将激光的微弱回波信号化成微弱的电信号,经过一系列的变换和放大,来识别提取有用的信号。驱动控制PMT的电路就是特别关键的技术,目前,针对这一器件的带门控的驱动控制电流还不成熟,严重约束了有用信号的识别提取。

发明内容

[0003] 本发明要解决的技术问题是:克服现有技术的不足,提供了一种带门控的PMT驱动控制电路,给出了PMT微弱信号高带宽(300MHz)级联放大技术方案,适用于给出了450V高电压、低功率下的门控电路;级联放大包括三级放大,第一级为跨阻放大器,将微弱的电流信号通过跨阻放大器之后,转变为一定幅值的电压信号,之后再经过后两级放大成可识别的电压信号。门控电路为高压门控,通过三极管和场效应管的通断来获取一个反向电压,控制PMT的通断。
[0004] 本发明目的通过以下技术方案予以实现:
[0005] 一种带门控的PMT驱动控制电路,包括跨阻放大器U1、运算放大器U2、运算放大器U3、高速光耦U4、场效应管Q1、三极管Q2;以及电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5、电容C6、电容C7、电容C8、电容C9、电容C10、电容C11、电容C12、电容C13、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻R14、电阻R15、电阻R16、电阻R17、电阻R18、电阻R19、电阻R20、电阻R21、电阻R22、电阻R23;
[0006] 所述跨阻放大器U1的第一管脚的输出信号OUT1,作为运算放大器U2的输入电压IN2,跨阻放大器U1的第一管脚与运算放大器U2的第三管脚连接;电容C1和电阻R1并联在跨阻放大器U1的第一管脚和第四管脚之间;跨阻放大器U1的第二管脚和第三管脚均与AGND连接;电容C2和电容C3并联后的一端与跨阻放大器U1的第六管脚连接,另一端与AGND连接;跨阻放大器U1的第五管脚作为PMT驱动控制电路的输入端;
[0007] 所述电阻R2、电阻R3、电阻R4依次串联后,电阻R2与运算放大器U2的第四管脚连接,电阻R4与AGND连接;运算放大器U2的第四管脚同时经电阻R6与AGND连接;运算放大器U2的第一管脚连接在电阻R2、电阻R3之间;电容C4和电容C5并联后一端与运算放大器U2的第六管脚连接,另一端与AGND连接;电容C6和电容C7并联后一端与运算放大器U2的第二管脚连接,另一端与AGND连接;运算放大器U2的第三管脚经电阻R5后与AGND连接;电阻R3和电阻R4之间的信号作为运算放大器U2的输出信号OUT2;
[0008] 所述输出信号OUT2作为运算放大器U3的输入信号IN3,发送给运算放大器U3的第三管脚;电容C10和电容C11并联后一端与运算放大器U3的第四管脚连接,另一端与AGND连接;电阻R9的一端与运算放大器U3的第二管脚连接,另一端与AGND连接;电阻R7的一端与运算放大器U3的第二管脚连接,另一端与运算放大器U3的第六管脚连接;运算放大器U3的第一管脚和第五管脚均与AGND连接;电容C8和电容C9并联后一端与运算放大器U3的第七管脚连接,另一端与AGND连接;运算放大器U3的第六管脚依次经电阻R8和电阻R10后与AGND连接;电阻R8和电阻R10之间的信号作为运算放大器U3的输出信号OUT3;
[0009] 所述高速光耦U4的第二管脚输入端接外部输入门控信号,高速光耦U4的第三个管脚经电阻R16与AGND连接;电容C12的一端与高速光耦U4的第八管脚连接,另一端作为输出信号HV_OUT;电阻R14的两端分别与高速光耦U4的第八管脚和高速光耦U4的第七管脚连接;电阻R15的两端分别与高速光耦U4的第八管脚和高速光耦U4的第六管脚连接;电容C13的两端分别与高速光耦U4的第六管脚和高速光耦U4的第五管脚连接;三极管Q2的基极经过电阻R17后与高速光耦U4的第六管脚连接;三极管Q2的发射极与高速光耦U4的第五管脚连接;三极管Q2的集电极经过与电阻R13后与场效应管Q1的栅极连接;电阻R11和电阻R12并联后分别与场效应管Q1的栅极和场效应管Q1的漏极连接;
[0010] 光子转换后的输出信号K依次经过电阻R23、电阻R22、电阻R21、电阻R20、电阻R19、电阻R18后与与AGND连接;输出信号HV_OUT连接在电阻R23和电阻R22之间;输出信号Dy1连接在电阻R22和电阻R21之间;输出信号Dy2连接在电阻R21和电阻R20之间;输出信号Dy3连接在电阻R20和电阻R19之间;Dy1为PMT的第一打拿级,Dy2为PMT的第二打拿级,Dy3为PMT的第三打拿级,K为PMT的光阴极,光子在K处,转化为电子,然后经过加速形成电流,作为跨阻放大器U1第五管脚的输入信号IN1。
[0011] 优选的,所述跨阻放大器U1用于将电流信号变换为电压信号。
[0012] 优选的,所述运算放大器U3用于对跨阻放大器U1输出的电压信号进行300MHz带宽下的放大。
[0013] 优选的,所述PMT驱动控制电路隔离的电压不超过3750V。
[0014] 优选的,所述跨阻放大器U1选用LTC6268-10。
[0015] 优选的,所述运算放大器U2选用OPA847和THS3491。
[0016] 优选的,所述高速光耦U4选用6N137。
[0017] 优选的,所述三极管Q2选用BUX85G。
[0018] 优选的,所述场效应管Q1选用IXTP10P50P。
[0019] 本发明相比于现有技术具有如下有益效果:
[0020] (1)本发明在对PMT微弱电流信号读出时,采用三级放大技术进行电流转换放大至合理幅值的电压信号,实现了300MHz的信号带宽,实现了全波形信号测量提取;
[0021] (2)本发明在高电压隔离方面:利用6N137的3750V高压隔离的能,使得电路的正常工作电压+5V与PMT的负高压电源模相互隔离,对后端电路有很好的保护作用。
[0022] (3)本发明在高压通断开关电路方面,采用了三极管BUX85G和场效应管IXTP10P50P,拥有了反向拉偏450V电压的能力,可以对PMT的打拿级Dy1,Dy2加反向电压,有效地起到了关闭PMT的作用。
[0023] (4)本发明的三级放大信号,OUT1、OUT2,OUT3在增益调节方面是非灵活,可实现三级调解,动态范围较大,实现了对多种复杂信号的有效探测。附图说明
[0024] 图1为本发明带门控的PMT驱动控制电路图。

具体实施方式

[0025] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合附图对本发明的实施方式作进一步详细描述。
[0026] 实施例1:
[0027] 一种带门控的PMT驱动控制电路,包括跨阻放大器U1、运算放大器U2、运算放大器U3、高速光耦U4、场效应管Q1、三极管Q2;以及电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5、电容C6、电容C7、电容C8、电容C9、电容C10、电容C11、电容C12、电容C13、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻R14、电阻R15、电阻R16、电阻R17、电阻R18、电阻R19、电阻R20、电阻R21、电阻R22、电阻R23;
[0028] 所述跨阻放大器U1的第一管脚的输出信号OUT1,作为运算放大器U2的输入电压IN2,跨阻放大器U1的第一管脚与运算放大器U2的第三管脚连接;电容C1和电阻R1并联在跨阻放大器U1的第一管脚和第四管脚之间;跨阻放大器U1的第二管脚和第三管脚均与AGND连接;电容C2和电容C3并联后的一端与跨阻放大器U1的第六管脚连接,另一端与AGND连接;跨阻放大器U1的第五管脚作为PMT驱动控制电路的输入端;
[0029] 所述电阻R2、电阻R3、电阻R4依次串联后,电阻R2与运算放大器U2的第四管脚连接,电阻R4与AGND连接;运算放大器U2的第四管脚同时经电阻R6与AGND连接;运算放大器U2的第一管脚连接在电阻R2、电阻R3之间;电容C4和电容C5并联后一端与运算放大器U2的第六管脚连接,另一端与AGND连接;电容C6和电容C7并联后一端与运算放大器U2的第二管脚连接,另一端与AGND连接;运算放大器U2的第三管脚经电阻R5后与AGND连接;电阻R3和电阻R4之间的信号作为运算放大器U2的输出信号OUT2;
[0030] 所述输出信号OUT2作为运算放大器U3的输入信号IN3,发送给运算放大器U3的第三管脚;电容C10和电容C11并联后一端与运算放大器U3的第四管脚连接,另一端与AGND连接;电阻R9的一端与运算放大器U3的第二管脚连接,另一端与AGND连接;电阻R7的一端与运算放大器U3的第二管脚连接,另一端与运算放大器U3的第六管脚连接;运算放大器U3的第一管脚和第五管脚均与AGND连接;电容C8和电容C9并联后一端与运算放大器U3的第七管脚连接,另一端与AGND连接;运算放大器U3的第六管脚依次经电阻R8和电阻R10后与AGND连接;电阻R8和电阻R10之间的信号作为运算放大器U3的输出信号OUT3;
[0031] 所述高速光耦U4的第二管脚输入端接外部输入门控信号,高速光耦U4的第三个管脚经电阻R16与AGND连接;电容C12的一端与高速光耦U4的第八管脚连接,另一端作为输出信号HV_OUT;电阻R14的两端分别与高速光耦U4的第八管脚和高速光耦U4的第七管脚连接;电阻R15的两端分别与高速光耦U4的第八管脚和高速光耦U4的第六管脚连接;电容C13的两端分别与高速光耦U4的第六管脚和高速光耦U4的第五管脚连接;三极管Q2的基极经过电阻R17后与高速光耦U4的第六管脚连接;三极管Q2的发射极与高速光耦U4的第五管脚连接;三极管Q2的集电极经过与电阻R13后与场效应管Q1的栅极连接;电阻R11和电阻R12并联后分别与场效应管Q1的栅极和场效应管Q1的漏极连接;
[0032] 光子转换后的输出信号K依次经过电阻R23、电阻R22、电阻R21、电阻R20、电阻R19、电阻R18后与与AGND连接;输出信号HV_OUT连接在电阻R23和电阻R22之间;输出信号Dy1连接在电阻R22和电阻R21之间;输出信号Dy2连接在电阻R21和电阻R20之间;输出信号Dy3连接在电阻R20和电阻R19之间;Dy1为PMT的第一打拿级,Dy2为PMT的第二打拿级,Dy3为PMT的第三打拿级,K为PMT的光阴极,光子在K处,转化为电子,经过Dy1、Dy2、Dy3及以后的打拿级层层加速后形成微弱电流,作为U1第五管脚的输入信号IN1。
[0033] 所述跨阻放大器U1用于将电流信号变换为电压信号。
[0034] 所述运算放大器U3用于对跨阻放大器U1输出的电压信号进行300MHz带宽下的放大。
[0035] 所述PMT驱动控制电路隔离的电压不超过3750V。
[0036] 所述跨阻放大器U1选用LTC6268-10。所述运算放大器U2选用OPA847和THS3491。所述高速光耦U4选用6N137。所述三极管Q2选用BUX85G。所述场效应管Q1选用IXTP10P50P。
[0037] 实施例2:
[0038] 如图1所示,一种带门控的PMT驱动控制电路包括:跨阻放大器U1、运算放大器U2、U3、高速光耦U4、场效应管Q1、三极管Q2、电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5、电容C6、电容C7、电容C8、电容C9、电容C10、电容C11、电容C12、电容C13、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻R14、电阻R15、电阻R16、电阻R17、电阻R18、电阻R19、电阻R20、电阻R21、电阻R22、电阻R23。U1为LTC6268-10、U2为OPA847、U3为THS3491、U4为6N137、Q1为IXTP10P50P、Q2为BUX85G。其技术方案为:集成电路U1的输入端PIN1为微弱的电流信号,经过跨阻R1、C1之后变为放大后的电压信号OUT1;集成电路U2的输入端PIN2为U1的输出信号OUT1,经过放大电路网络放大后输入OUT2;集成电路U3的输入端PIN3为U2的输出信号OUT2,经过放大电路网络放大后输入OUT3,之后就通过SMA接插件输出。而门控信号则由高速高压光耦隔离器件U4输入,通过Q2之后再经过Q1将对应的信号拉反偏,这样就使得前两级的电压取反了,从而达到了闭合PMT的功能。所述U1、U2、U3的创新选择,进而设计出一种全新的多级微弱信号转换放大电路。由跨阻放大器U1将若电流信号转换成弱电压信号,运算放大器U2对弱电压信号进行
300MHz带宽下的放大,最后,由运算放大器U3进行终极放大,输出既定的信号。所述U4、Q1、Q2设计的高压隔离门控电路,其隔离高压能力为3750V,可将外部输入高压串扰信号隔离开来,信号通过Q1和Q2的组合电路即可接通Dy2和K端,使得K端电压高于-HV_OUT端,从而实现高压电压拉反偏的功能。U1、U2、U3、U4、Q1和Q2的电路创新设计,实现对应的门控功能和弱信号放大功能。
[0039] 具体的:
[0040] 跨阻放大器U1的输入端IN1为弱电流信号,经过U1及外围的电阻R1、电容C1、电容C2和电容C3放大转换后变成电压输出信号OUT1;OUT1作为U2的输入电压IN2经过U2及外围的电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电容C4、电容C5、电容C6和电容C7放大转换后变成电压输出信号OUT2;OUT2作为U3的输入电压IN3经过U3及外围的电阻7、电阻8、电阻9、电阻10、电容C8、电容C9、电容C10和电容C11放大转换后变成电压输出信号OUT3。
[0041] 高速高压光耦U4的第2个管脚输入端接外部输入门控信号,第3个管脚通过电阻R16接地,经过U4后端的电阻R14、电阻R15、电容C12、电容C13转换之后的门控信号再经过电阻R17作为Q2的基极输入端,Q2的集电极作为信号的输出端输出信号,之后通过电阻R13作为控制Q1的输入信号输入到Q1的栅极,结合电阻R11、电阻R12,控制Q1的源极和漏极的通断。从而达到控制K与Dy2之间通断的目的。当Q1断开时,由于电路分压原理,电流流向为电阻R18→电阻R19→电阻R20→电阻R21→电阻R22,因此Dy2的电压大于Dy1的电压,Dy1的电压大于K的电压,PMT正常工作;当Q1接通之后,电流流向为电阻R18→电阻R19→电阻R20→电阻R21→电阻R22,K→-HV_OUT,Dy2的电压大于Dy1的电压,K的电压等于Dy2的电压,所以K的电压大于D一的电压,PMT的前两级反向截止,不工作。最后实现了输入门控信号控制PMT工作与否的功能。
[0042] 进行PMT探测时,根据需要探测的时间来控制门控信号,门控开,则PMT正常工作,后端输出弱电流信号,经过跨阻运放,二级级联运算放大器之后得到300MHz带宽的全波形探测波形,共后端高速AD采集、存储和分析应用。
[0043] 本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。
[0044] 本发明虽然已以较佳实施例公开如上,但其并不是用来限定本发明,任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内,都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改,因此,凡是未脱离本发明技术方案的内容,依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰,均属于本发明技术方案的保护范围。
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