摘要: 盖格-穆勒管的高压偏置电源尺寸小,功耗低。
许多便携式辐射监测器都包括一个盖格-穆勒管,这是一个简单的,两端充满气体的探测器,每当一个辐射事件(光子或粒子)撞击到管的敏感体积时,就会产生一个脉冲。脉冲的大小和宽度与脉冲能量或事件的其他属性无关。
盖革-穆勒管对非伽马射线辐射的敏感性较低,其剂量率校准精度较差。它们被广泛使用,因为它们为需要快速检测r字段和粗略估计其级别的应用程序提供了成本/性能/大小的良好折衷。
然而,盖格-穆勒管的一个问题是它们的偏置电压高,根据管的设计和所用气体的混合物,偏置电压在350V到900V之间。理想情况下,一个给定的管被偏置在其“平台”的中心,一个100V到150V的区域,其中计数率随偏置电压变化很小(假设一个稳定的r场)。
便携式心率监测仪的小型化受到决定灵敏度的电子管尺寸和更换或充电电池之间的操作时间的限制。除了高压电源外,辐射监测电路也相对简单:一个带有数字读数(指示辐射剂量率)的脉冲速率计,以及一个视觉或音频指示,显示辐射事件撞击探测器管的频率。一些系统包括一个集成功能,显示自上次重置以来的总剂量。这些电路很容易设计成微功率版本,允许在电池充电之间运行更长的时间。
然而,这些系统的高压电源存在问题。系统静态功耗的很大一部分发生在设置输出电压样本的电阻分压器上。对于绝对最小功耗,必须使用非常高的电阻值用于分压器的顶部,这些值远远超过大多数标准电阻线路中可用的最大值22毫欧。此外,高阻值电阻使电路板设计和电路板基材的选择复杂化。组件大小也是一个问题。
带有7级倍增梯的升压变换器(图1)解决了高压偏置电源的许多问题。由于反馈(用于调节)仅从最低级获取,因此可以使用标准值电阻作为反馈分压器。这种方法大大降低了静态功耗。此外,因为磁性、动力装置和所有其他元件都很小,所以电路可以做得非常小。多二极管封装可以进一步减小尺寸。
图1所示 这种高压偏置电源盖格-穆勒管的特点是体积小,功耗低
图2至图4显示了电路如何响应输入电压和负载电流的变化。特别令人感兴趣的是,在空载条件下(无电流存在)的输入电流非常低(80µA),这是该应用几乎100%的时间的工作条件。盖革-穆勒管每次受到辐射事件的冲击时,都会从电源中获得少量的电荷。因此,从偏置电源中获得的电流等于事件的频率(取决于电平)乘以每个事件的电荷。
图2 V(OUT)和I(IN)与图1中R(LOAD)开路电路的输入电压的关系
图3 图1电路的V(OUT)和I(IN)与输入电压的关系,R(LOAD) = 10毫欧
图4 图1电路的V(OUT)和I(IN)与负载电流的关系
与所有开关转换器一样,该电路需要仔细的电路板布局。滤波、去耦和屏蔽(如有必要)也很重要。
2005年10月,一篇类似的文章以“设计理念”的形式出现在EE Times网站上。
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