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电子科技
0 引言
电器件，由入射窗、光阴极面、倍增系统和阳极等部分构成。光电倍增管的性能主要由光阴极和倍增极以及极间电圧决定，为使光电倍增管正常工作，要在阴极和阳极之间加上500V～3000V 左右的高压，而得到各极间规定电压的回路就称为电压分配回路，也叫作高压分压电路。 1 高压分压电路
常用的高压分压电路根据其用途的不同一般分为电阻型、组合型两种。
光电倍增管阴极与阳极之间的分压最常用的就是电阻
分压模式，见图1。其中，I b 是流过分压器回路的电流，叫 做分压器电流，它和光电倍增管的输出线性有很大的关系。 图1 电阻分压回路
其中，I b 的计算方法如下： ()
127b V
氢气压缩机防爆等级
I R R R =
大肠杆菌培养基++…+若需要满足光阴极和第一倍增极之间以及末级倍增极
和阳极之间的电压的稳定时，也可另外使用齐纳二极管进行
分压，方法见图2。
图2 使用电阻和齐纳二极管的分压回路
其中，I b 的计算方法如下： ()
4
1123ZI
i b V D I R R R =−=
++∑在大多数使用场合下，为了贴合实际获得更好的性能，会对上述两种分压电路进行一定的改变。
当阳极需要输出大电流时，为了维持倍增极电势的稳定vobu
并获得高的峰值电流，在分压器电路中需将大容量电容与后几级分压电阻并联。电容值取决于电荷量的大小，如果要获得输出电流与入射光之间高于1%的线性度，其电容值应至少是每个脉冲电荷量的100倍，即：
C 100
It V
＞其中，I 为峰值输出电流，单位为A；t 为脉冲宽度，单位为s；V 为电容上电压值，单位为V。
如当阳极需要输出高幅值脉冲时，如果极间电压保持不
变，随着入射光的增加就会出现输出饱和现象，这是由于电极间的电子密度的增大而出现的空间电荷效应妨碍了电子流的正常传输所致。该饱和电流的大小，尤其与光电倍增管末级倍增极附近和阳极的电极结构以及电极间所加的电压不同而异。对于这一效应比不在电子密度高的最后2~4级采用比标准电压分配高的电压，使电极间有高的电场强度，克服空间电荷效应影响。这种分压器称为锥形分压器，它能将输出线性度提高5~10倍。
最佳的脉冲线性特性的分压器的电压配比随光电倍增
管种类而异。在高能物理应用领域，因为多要求高的脉冲输出，多使用锥形分压器。但使用这种分压器的阳极输出，要比通常的分压器下降1/5左右，必须提高工作电压。
2 分压器设计准则
在设计分压器时，需要考虑以下两个方面：允许的非线性偏离和阳极峰值电流。对应的设计准则如下：
■2.1 极间电圧的分配
光电倍增管的阴极到聚焦极以及到第一倍增极的电压
分配将对于光电子的收集效率和第一倍增极的二次电子发
射系数有较大影响。这些将是决定输出的信噪比、单光子及
阎珍德
（北京滨松光子技术股份有限公司，北京，100020）
摘要：光电倍增管（光电倍增管, photomultiplier tube）作为微弱光探测器和闪烁探测器的重要组成部分，其分压电路直接影响到光电倍增管的输出性能。配合不同的应用场合，设计出不同的分压电路，以达到为各倍增极提供合适电压分布的目的，从而获得稳定的总增益以及较好的输出特性。
关键词：光电倍增管；分压；探测器；电路
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多光子领域的输出脉冲高度分散、电子渡越时间等的重要原因。除此以外，前级的电压分配还会影响
到阴极线性，闪烁计数里的能量分辨率、磁特性等。所以这两级的收集电压需要较高。而末级因空间电荷效应的原因，各级间的电压不能过低。以便保持较好的线性。
■2.2 分压器电流
当阳极电流增大到与分压器电流相比拟时，将会导致末级各级电压大幅下降，从而使光电倍增管严重偏离线性。为保证极间电压稳定，分压器电流至少为最大阳极平均电流的20倍，对于线性要求高的场合，分压器电流至少应为最大阳极平均电流的100～500倍。
3 分压电路器件的选择
分压器回路会直接影响光电倍增管的工作，所以必须谨慎选择其部件如电阻、去耦电容和耦合电容等。
■3.1 电阻
因为光电倍增管对工作电压及极间电压变化反应很灵敏，所以要尽量选择温度系数小的金属膜电阻，并且使用同种类的电阻。对于电阻精度的要求不高，在±5%以内即可。这是因为光电倍增管自身的增益有分散，电压差在几伏以内波动，电子轨道不会有大的改变。额定功率为实际必须值的1.7倍以上为宜。为了耐压起见，一般较理想的做法是，采用额定功率1.5倍以上。对应到各级电阻值，一般为100
kΩ～1MΩ。阻尼电阻、负载电阻则使用高频用无电感电阻。
■3.2 去耦电容
糖蜜酒精在快速光电倍增管输出脉冲上升时间在10ns以下时，倍增极间的去耦电容，要使用高频阻抗低的瓷介电容，且耐压应为倍增级间所加最高电压的1.5倍以上。
■3.3 耦合电容
在阴极接地、阳极接正高压的情况下，分离高压和信号所用的耦合电容，要使用漏电电流小、频率特性好、耐高压的瓷介电容。
■3.4 基板
尽量选用高厚度的基板，尤其是在两面使用的情况下。在使用玻璃丝板的情况时，印刷电路间必须留出“1mm以上/1kV电位”的间距。
■3.5 引出线
引出线应使用聚四氟乙烯、硅酮线等耐高压线缆，使用一定规格的同轴电缆亦可。总而言之，线材的
耐压特性是非常重要的。信号输出线最好选用同轴电缆，尤其是在高速回路中，更是要选用50Ω的同轴电缆。接地线，没有特殊要求，采用普通线缆即可，但是有一种特殊情况，需要使用耐高压引线，即在可能接触高压部件或管座管脚的应用场合时。
4 不同接地方式的分压电路性能分析
光电倍增管的接地有两种方式：阳极接地和阴极接地。通常情况下，为使电流计、电流电压转换、运算放大器回路等外部回路与光电倍增管阳极在无电位差的情况下易于连接，采用阳极接地，阴极接负高压的方法。但是，这种连接方式下，光电倍增管的外管壁与接地电位的套筒、磁屏蔽罩之间存在很高的电位梯度，光电倍增管内部的电子打到接地电位的玻璃内壁上会引起发光，从而使噪声显著增加。另外，由于玻璃的微导电性，阴极和接地处间会产生漏电流，因受到电压变化的影响，有导致阴极显著变坏的危险。解决的办法是在光电倍增管和接地屏蔽外壳之间设置一层屏蔽，这层屏蔽与阴极连接，从而消除管壁的漏电流。
采用阴极接地、阳极接正高压的方法时，屏蔽光、磁场、电的屏蔽罩与管子外壳直接相连，屏蔽效果好，暗电流小，噪声低。但是，在这种连接方式下，阳极处于高压，会导致寄生电容增大。当输出直流信号时，不仅要求传输线缆的耐压性好，而且因为后极的放大器也要处于高电压，会产生一系列的问题，所以这种接法只适用于交流或者脉冲信号应用。
5 总结
本文介绍了几种常用的光电倍增管分压电路，并从器件选取以及电路设计准则做了详实的分析。根据这些描述，可了解普通场合下的光电倍增管的分压电路设计方法，具有一定的指导意义。
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