实用的 boots 型拓扑直流变换盖革计数管高压偏置电路 韩业辉;梅雪松;庞杨;赵超趣;滕立才
【摘 要】针对盖革计数管对工作电压和工作电流要求的实际情况，以 PFM 控制，boots 型拓扑变换升压为基础，结合多级倍压整流电路，设计适合盖革计数管工作的高压偏置电路。%This paper referred to the actual requirements of the GM tube working voltage and current,based on PFM control, boots type topological transformation,combined the voltage-multiplying ladder circuit and designed a high voltage bias supply circuit for the Geiger tube working. 【期刊名称】《黑龙江科学》
【年(卷),期】2014(000)010
【总页数】2页(P16-17)
【关键词】盖革计数管;高压偏置电路;PFM;多级倍压整流
【作 者】韩业辉;梅雪松;庞杨;赵超趣;滕立才
【作者单位】黑龙江省科学院技术物理研究所，哈尔滨 150010;黑龙江省科学院技术物理研究所，哈尔滨 150010;黑龙江省科学院技术物理研究所，哈尔滨 150010;黑龙江省科学院技术物理研究所，哈尔滨 150010;黑龙江省科学院技术物理研究所，哈尔滨 150010
【正文语种】中 文
【中图分类】TP216+.4
盖革计数管是德国科学家H·盖革和P·米勒发明的，是根据射线能使气体电离的性能制成的，工作在盖革区，当某种射线的一个高速粒子进入管内时，能够使管内气体原子电离，释放出几个自由电子，并在偏置电压的作用下移动。这些电子沿途又电离气体的其他原子，释放出更多的电子。越来越多的电子再接连电离越来越多的气体原子(雪崩电离)，最终使管内气体成为导电体，在阳丝极与管壁之间产生迅速的气体放电现象，从而有一个脉冲电流输出，当外加偏置电压一定时，输出的脉冲幅度相同。盖革—米勒计数器优点是灵敏度高、脉冲幅度大，缺点是不能快速计数。虽然剂量率测量精度差，但是能提供应用/性能/成本的一个很好的妥协方案，很多辐射检测仪器、料位计都使用这种探测器。
对于不同的盖革计数管，它们的偏置电压也不同，范围从350～900 V，取决于管的设计和使用的气体混合物。一般情况下，一个给定的管的偏置电压设定在其“坪”电压中心点工作，坪区范围在100～150 V。如北京核仪器厂生产的J4401计数管，起始电压小于420 V，坪区范围450～550 V，推荐工作电压500 V(见图1)。设计提供稳定、可靠的高压电源，是GM计数正常可靠工作的基础，也是GM计数管灵活设计应用的保障。
图1 偏置电压Fig．1 High bias voltage
1 电路设计
电路整体由脉冲频率调制(PFM)、并联开关升压、7级倍压整流、RC滤波四部分构成(见图2)，当Vcc=5 v，输出电压V0=500 v。PFM由2．5v基准电压，比较器反相器、驱动组成，电路刚建立时，通过R2向C1充电，C1电压升高到反相器反转电压，反相器U2A输出0，C1电压通过R1、D1放电，反馈电压经比较器控制此电路的震荡占空比。震荡周期f=0．7×(R1+R2)C1;Boots型拓扑并联开关升压后电压为分别为反馈电阻(图3)。高压低电流(小于5 mA)，多级倍压阶梯升压整流电路可以解决高压偏置电源的许多问题，如降低铜耗、减小体积等，7级倍压后理论输出电压为，纹波系数S=，对于图1电路负载典型值RL=10 M
Ω，频率f=100 k，倍压电容 C=0．01，S=1．4 ×10-3;RC 滤波进一步降低纹波。
图2 Boots型拓朴并联开关Fig．2 Boots type topological transformation circuit
图3 电压反馈Fig．3 Voltage feedback circuit
2 电路分析
图4、图5显示了电路响应和负载电流的变化，特别是在空载的条件下(无辐射)，输入电流极低(80 μA以下)，这是该电路应用几乎100%时间的工作状况。
图4 空载下输出电压与输入电流Fig．4 VOUTand IINvs．input voltage with RLOADopen
输入电压 Vcc=5 v，Vref=2．5 v，输出电压 Vo=500 v，输出电流60 uA，足以满足GM计数管工作的需要。
图5 负载下输出电压与输入电流Fig．5 VOUTand IINvs．input voltage with RLOAD=10 MΩ
3 结论
针对GM计数管应用设计的高压偏置电源，输出电压和输出电流均可满足一般GM计数管的使用要求，该电路设计相对简单，输出电压稳定，运行稳定。在实际应用中，器件选用合适的封装，可以建立的体积非常小，满足便携仪器的苛刻要求。
参考文献:
［1］ 应建华，李进．低功耗PFM DC-DC转换器［J］．微电子学与计算机，2007，24(11):42—45．
［2］ 柳纪虎，刘旭丁，刘永生．多级倍压整流电路的设计原理及其有关参数的计算方法［J］．半导体技术，1992，(8):46—48．
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