Алмазный детектор, Измерение заряда алмазного детектора Опции

[NNikolaev]

Добрый день Форумчане!
Вообщем есть алмазный детектор. При приложении напряжения порядка 200 В при воздействии на него быстрыми нейтронами образуется заряд прямо порпоциональный потоку быстрых нейтронов, который надо измерять. Поток 10^6 за 1..1.5 мкс. Емкость датчика примерно 4 пФ. Заряд я думаю в районе 200...800 fQ (-15 Q). Его нужно замерить. Область геофизическая - температура до +125 C и мощная помеха. Варианты нашел следующие - тыкните пожалуйста, что на Ваш взгляд будет работать лучше:
1. Классический преобразователь заряд напряжение.
2. Есть какой то новый способ (Forward Bias FET charge Amplifier)
3. Есть способ с обратной связью через операционный усилитель - как в документации на AD745 ( http://www.analog.com/ru/precision-op-amps...ts/product.html стр 10)

Теперь экзотика:
1. Есть микросхема - измеритель емкости - есть идея ее приспособить для измерения заряда - ведь если емкость датчика постоянная заряд на нем пропорционален напряжению.
2. Появилась микросхема Microchip’s GestIC® Technology MGC3130 - реагирует на электрическое поле - в принципе образующие заряды будут наводить электрическое поле.
Вообщем голову сломал - нужно достаточно простое и эффективное - съем информации 20 раз в секунду - то есть раз процесс быстрый заряд нужно хранить и потом еще сбрасывать.
Подскажите, кто делал похожие вещи - тут многие с быстрыми фотодиодами работают.
Вот тут похожие изделия:
http://www.cividec.at
http://www.cividec.at/#products.html

есть еще источник - хорошая статья в частности по зарядовым усилителям:
http://kit-e.ru/articles/device/2005_8_184.php


Заранее спасибо!

Сообщение отредактировал NNikolaev - Jun 17 2013, 08:06

[_pv]

Вот в документации к этому АЦП на стр 6 показано, что уже при 85 градусов входной ток (ток утечки) составит уже более 10 pA. Это значит, что ток в fA диапазоне просто сольется и я боюсь, что просто не зафиксируется этот ток или хуже того, он зарядит конденсатор и создаст ошибку.

Вы не бойтесь, посчитайте, 10пА * 400мкс = 4фКл. уровень шумов, как я уже сказал будет пара тысяч электронов, то есть 0.5фКл, а смещение, причём постоянное, если температура не меняется, всего 4фКл - не так уж и страшно.
если это много, можно взять AFE0064, там и шумы меньше, и время интегрирования от 14мкс, соответственно даже бОльшие токи утечек много заряда унести не успеют.
точность измерения какая нужна?

[NNikolaev]

Вы не бойтесь, посчитайте, 10пА * 400мкс = 4фКл. уровень шумов, как я уже сказал будет пара тысяч электронов, то есть 0.5фКл, а смещение, причём постоянное, если температура не меняется, всего 4фКл - не так уж и страшно.
если это много, можно взять AFE0064, там и шумы меньше, и время интегрирования от 14мкс, соответственно даже бОльшие токи утечек много заряда унести не успеют.
точность измерения какая нужна?

Да про точность речь пока не идет - это монитор - потому как и поверять пока нечем - есть примерный уровень выхода нейтронов. Значит проблем не должно быть.
Вот еще один момент - в результате реакции образуются альфа частицы - они отрицательные - при положительном напряжении смещения у меня какой заряд на датчике конденсаторе - плюс или минус. Можно его включать прямо на вход а на другой контакт - напряжение смещения - что бы не заземлять и не использовать переходную емкость?!

[_pv]

Вот еще один момент - в результате реакции образуются альфа частицы - они отрицательные - при положительном напряжении смещения у меня какой заряд на датчике конденсаторе - плюс или минус. Можно его включать прямо на вход а на другой контакт - напряжение смещения - что бы не заземлять и не использовать переходную емкость?!

всю жизнь альфа частицы были положительными, так как состоят из двух протонов и двух нейтронов.
у конденсатора с одной стороны заряд плюс, а с другой - ровно столько же минуса.
и почему при 4пФ ёмкости и 10 МегаОмах сопротивления (через него протекает 1пКл за 1мкс при напряжении пусть будет 10В) датчик вдруг стал именно кондесатором, а не, например, резистором?

[NNikolaev]

всю жизнь альфа частицы были положительными, так как состоят из двух протонов и двух нейтронов.
у конденсатора с одной стороны заряд плюс, а с другой - ровно столько же минуса.
и почему при 4пФ ёмкости и 10 МегаОмах сопротивления (через него протекает 1пКл за 1мкс при напряжении пусть будет 10В) датчик вдруг стал именно кондесатором, а не, например, резистором?

Ой, это я сморозил - конечно же альфа частица положительный несет заряд. Ну резистивная состовляющая у него больше - я думаю 50 МоМ. У этого АЦП - он преобразует положительный заряд -так это что надо питать отрицательным его напряжением что ли?! Вот, что получается его зарядили до 200 В, при емкости 4 пФ он несет 800 pQ. При импульсном нейтронном потоке этот заряд уменьшится (погасится зарядом альфа частицами) - и мы должны вот эту дельту преобразовать. Вообщем что то вроде дифференциального зарядового усилителя просится. А есть ли такое в природе?!

[VNS]

Ой, это я сморозил - конечно же альфа частица положительный несет заряд. Ну резистивная состовляющая у него больше - я думаю 50 МоМ. У этого АЦП - он преобразует положительный заряд -так это что надо питать отрицательным его напряжением что ли?! Вот, что получается его зарядили до 200 В, при емкости 4 пФ он несет 800 pQ. При импульсном нейтронном потоке этот заряд уменьшится (погасится зарядом альфа частицами) - и мы должны вот эту дельту преобразовать. Вообщем что то вроде дифференциального зарядового усилителя просится. А есть ли такое в природе?!

Альфа-частицы попадают на обе обкладки датчика и разность потенциалов не должна получаться. Изменяется только общий заряд кристалла относительно общей шины. Кроме этого, положительный заряд будет накапливается и в объёме кристалла, величина которого будет постоянно расти.