本應用筆記討論了實現伽馬光子輻射檢測器的設計注意事項，原理圖和組件選擇。該設計由一個PIN光電二極管，四個低噪聲運算放大器和一個比較器組成，該比較器能夠檢測伽馬輻射的各個光子。

圖1的電路包括一個PIN光電二極管，它可以檢測伽瑪射線的各個光子。當光子撞擊由光電二極管上的反向偏壓產生的耗盡區時，它將產生與光子能量成比例的少量電荷。然后，將得到的信號通過四個放大器進行放大和濾波，最后一個比較器將信號和噪聲區分開。每當具有足夠能量的伽馬光子撞擊光電二極管時，比較器輸出高脈沖。

組件注意事項

最關鍵的組件是PIN光電二極管，其選擇通常涉及相互矛盾的考慮因素。例如，檢測器的靈敏度（對于給定的輻射場檢測到的光子數）取決于耗盡區的大小，而耗盡區的大小又取決于二極管的面積和施加在二極管上的反向偏置量。因此，為了最大程度地提高靈敏度，您應該選擇具有高反向偏置的大面積檢測器。但是，這兩種情況都會增加噪音。

大面積檢測器往往具有較高的電容，這會增加電路的噪聲增益。同樣，較高的偏置電壓意味著較高的泄漏電流。漏電流也會產生噪聲。圖1電路包括Fairchild的PIN光電二極管（QSE773）。盡管可用且便宜，但它可能不是最佳選擇。但是，Hamamatsu的某些PIN光電二極管可以在此應用程序中很好地工作。在反向偏置下選擇具有25 pF至50 pF電容的檢測器可以在靈敏度和噪聲之間取得合理的折衷。

第一步運算放大器的重要考慮因素包括輸入電壓噪聲，輸入電流噪聲和輸入電容。輸入電流噪聲直接在信號路徑中，因此運算放大器應最小化該參數。必須使用JFET或CMOS輸入運算放大器。同樣（如果可能），運算放大器的輸入電容應比PIN光電二極管的電容小。

如果您使用高質量PIN光電二極管和低電流噪聲的運算放大器，并且要特別注意設計，則噪聲的限制因素應該是第一級運算放大器的輸入電壓噪聲乘以運算放大器上的總電容。放大器的反相節點。該電容包括PIN光電二極管電容，運算放大器輸入電容和反饋電容C1。因此，為了最大程度地減小電路噪聲，請最小化運算放大器的輸入電壓噪聲。

該電路中所示的運算放大器（MAX4477）支持該設計。它具有可忽略的輸入電流噪聲和極低的輸入電壓噪聲：在10 kHz至200 kHz的臨界頻率下為3.5至4.5 nV / RtHz。它的輸入電容相當低，僅為10 pF。

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