4.4TMP的供電電路

4.4.1電阻鏈分壓型供電電路

TMP具有極高的靈敏度和快速響應等特點，使它在光譜探測和極微弱快速光信息的探測等方面成為首選的光電探測器。本節介紹最常用的電阻分壓式供電電路。

TMP各倍增極的電子倍增效應，各級電子流按放大倍率分布，Ia最大。流過每級電阻鏈的電流并不相等，流過分壓電阻的電流IR遠遠大于Ia時，即IR＞＞

Ia時，流過各Ri的電流將近似相等。工程上常設計IR大于等于10倍的Ia電流。IR≥10Ia

IR太，分壓電阻的功耗加大，溫升高導致性能下降，以至于無法工作。選定IR后，可以計算出電阻鏈分壓器的總阻值R

1、電阻鏈的設計

R=Ubb/IR各分壓電阻Ri

為而R1應為R1=1.5Ri2、電源電壓

極間供電電壓UDD直接影響著二次電子發射系數δ，或管子的增益G。因此，根據增益G的要求可以設計出極間供電電壓UDD與電源電壓Ubb。由可以計算出UDD與Ubb。3.末極的并聯電容

入射輻射為高速迅變或脈沖輻射時，末3倍增極電流變化會引起較大UDD的變化，導致增益的起伏，將破壞信息的變換。在末3極需并聯3個電容C1、C2與C3，使其穩定。電容C1、C2與C3計算公式為式中，Iam峰值電流，τ持續時間，L為增益穩定度的百分數。

4.4.3電源電壓的穩定度可得到TMP的電流增益穩定度與極間電壓穩定度的關系

對銻化銫倍增極

對銀鎂合金倍增極

由于TMP的輸出信號Uo=GSkφvRL，輸出信號的穩定度與增益的穩定度密切相關

在實際應用中常常對電源電壓穩定度的要求簡單地認為高于輸出電壓穩定度一個數量級。例如，當要求輸出電壓穩定度為1%時，則要求電源電壓穩定度應高于0.1%。

例4-1設入射到PMT上的最大光通量為φv=12×10-6lm左右，當采用GDB-235型倍增管為光電探測器，已知它的倍增級數為8級，陰極為SbCs材料，倍增極也為SbCs材料，SK=40μA/lm，若要求入射光通量在6×10-6lm時的輸出電壓幅度不低于0.2V，試設計該PMT的變換電路。若供電電壓的穩定度只能做到0.01%，試問該PMT變換電路輸出信號的穩定度最高能達到多少？解

(1)首先計算供電電源的電壓根據題目對輸出電壓幅度的要求和PMT的噪聲特性，可以選擇陽極電阻Ra=82kΩ，陽極電流應不小于Iamin，因此

Iamin=UO/Ra=0.2V/82kΩ=2.439μA入射光通量為0.6×10-6lm時的陰極電流為

IK=SKφv=40×10-6×0.6×10-6=24×10-6μA此時，PMT的增益G應為

N=8，每一級的增益δ=4.227，SbCs倍增極材料的增益δ與極間電壓UDD有，，可計算出δ=4.227時的極間電壓UDD

總電源電壓Ubb為

Ubb=（N+1.5）UDD=741V

(2)計算偏置電路電阻鏈的阻值偏置電路采用如圖4-8所示的供電電路，設流過電阻鏈的電流為IRi，流過陽極電阻Ra的最大電流為Iam=GSKφvm=1.02×105×40×10-6×12×10-6=48.96μA取IRi≥10Iam，則

IRi=500μA因此，電阻鏈的阻值Ri=UDD/IRi=156kΩ取Ri=120kΩ，R1=1.5Ri=180kΩ。(3)計算輸出信號電壓的穩定度最高為

例4-2如果GDB-235的陽極最大輸出電流為2mA，試問陰極面上的入射光通量不能超過多少lm？解由于Iam=GSKφVm

故陰極面上的入射光通量不能超過

4.5

光電倍增管的典型應用

4.5.1光譜探測領域的應用TMP不但具有極高的光電靈敏度、極快的響應速度、極低的暗電流低和噪聲，還能夠在很大范圍內調整內增益。它在微光探測、快速光子計數和微光時域分析等領域得到廣泛的應用。

1、發射光譜

發射光譜分析儀的基本原理如圖4-10所示

2．吸收光譜

吸收光譜儀是光譜分析中的另一種重要的儀器。吸收光譜儀的原理圖如圖4-11所示，它與發射光譜儀的主要差別是光源。發射光譜儀的光源為被測光源，而吸收光譜儀的光源為已知光譜分布的光源。吸收光譜儀與發射光譜儀相比，它比發射光譜儀多一個承載被測物的樣品池。

4.5.2時間分辨熒光免疫分析中的應用

1983年，由Pettersson和Eskola等提出了用時間分辨熒光免疫分析（time-resolvedfluoroimmunoassay，TRFIA）法測定人絨毛膜促性腺激素和胰磷脂酶在臨床醫學研究中的應用，在10多年中，獲得迅速發展。成為最有發展前途的一種全新的非同位素免疫分析技術。1.時間分辨熒光免疫分析法TRFIA的原理

時間分辨熒光免疫分析法是用鑭系元素為標記物，標記抗原或抗體，用時間分辨技術測量熒光，同時利用波長和時間兩種分辨，極其有效地排除了非特異熒光的干擾，大大地提高了分析靈敏度。

圖4-12所示為鑭系元素螯合物與典型配位體β-NTA的吸收光譜與發光光譜圖。圖中曲線1為鑭系元素螯合物與配位體β-NTA的吸收光譜。

由曲線1可以看出螯合物與配位體β-NTA對320~360nm的紫外光具有很高的吸收，因此，常用含有320~360nm光的脈沖氙燈或氮激光器為激發光源使裝載配位體的螯合物激發熒光。Eu3+β-NTA螯合物在激發光源的作用下將發出如圖中曲線2與3所示的熒光光譜。曲線3光譜載荷著配位體β-NTA的信息。

圖4-12為雙坐標曲線圖，其中re,r為螯合物的相對吸收系數，Iv為螯合物激發出的熒光光強。

圖4-13所示為載荷配位體β-NTA的螯合物熒光時間特性。圖中，激發光剛剛結束的時刻為初始時刻t=0，在最初的很短時間內，短壽命熒光很快結束，長壽命熒光在400ns時間內也會消失或降低到很低的程度，而有用的熒光出現在400ns~800ns時間段內（圖中斜線所標注的時間段）。

在800ns~1000ns時間內有用的熒光將衰減到零。1000ns后開始新的循環。

2.TRFIA的測量原理

4.1該題主要目的是讓讀者充分認識光電發射閾值概念，注意N型與P型半導體材料的光電發射閾值的差異。4.2二者主要差異為增益。4.3光電陰極面做成球形的主要好處是能夠使光波均勻照射到陰極面上，完成均勻的光電發射。盒柵式倍增極具有電子聚焦作用而百葉柵式沒有。4.4復習光電技術第4版教材P74，電流增益。4.5復習光電技術第4版教材P74、P75，增強光電倍增管暗電流的認識。4.6參考光電技術第4版P75、P76內容。4.7主要考慮TMP對入射輻射光譜特性與白光特性。4.8要根據TMP內導電機制的特點，電子在真空中飛行會受到電場與磁場的作用。第4章思考題與習題解題思路4.9主要考慮光電倍增極的特性，具有一定的不穩定性。4.10短波限要受入射玻璃窗的影響，長波限受光電發射閾值的限制。4.11陽極靈敏度實際上是個比例，陰極面上的光通量不能太高，必須限制在一定范圍內。陽極電流太高會抬高陽極電位，影響末極倍增特性，另外，陽極電流太高陽極電阻上的功耗增大，同時光電倍增管的功耗增大，不利于長期穩定工作。4.13主要考慮接地問題和安全問題。4.14、4.15、4.163個計算題均按照書中的實例得到答案。4.17聚光透鏡的作用是使發散的被測