實用的boots型拓撲直流變換蓋革計數管高壓偏置電路

韓業輝，梅雪松，龐 楊，趙超趣，滕立才

(黑龍江省科學院技術物理研究所，哈爾濱150010)

蓋革計數管是德國科學家H·蓋革和P·米勒發明的，是根據射線能使氣體電離的性能制成的，工作在蓋革區，當某種射線的一個高速粒子進入管內時，能夠使管內氣體原子電離，釋放出幾個自由電子，并在偏置電壓的作用下移動。這些電子沿途又電離氣體的其他原子，釋放出更多的電子。越來越多的電子再接連電離越來越多的氣體原子(雪崩電離)，最終使管內氣體成為導電體，在陽絲極與管壁之間產生迅速的氣體放電現象，從而有一個脈沖電流輸出，當外加偏置電壓一定時，輸出的脈沖幅度相同。蓋革—米勒計數器優點是靈敏度高、脈沖幅度大，缺點是不能快速計數。雖然劑量率測量精度差，但是能提供應用/性能/成本的一個很好的妥協方案，很多輻射檢測儀器、料位計都使用這種探測器。

對于不同的蓋革計數管，它們的偏置電壓也不同，范圍從350～900 V，取決于管的設計和使用的氣體混合物。一般情況下，一個給定的管的偏置電壓設定在其“坪”電壓中心點工作，坪區范圍在100～150 V。如北京核儀器廠生產的J4401計數管，起始電壓小于420 V，坪區范圍450～550 V，推薦工作電壓500 V(見圖1)。設計提供穩定、可靠的高壓電源，是GM計數正常可靠工作的基礎，也是GM計數管靈活設計應用的保障。

圖1 偏置電壓Fig．1 High bias voltage

1 電路設計

圖2 Boots型拓樸并聯開關Fig．2 Boots type topological transformation circuit

圖3 電壓反饋Fig．3 Voltage feedback circuit

2 電路分析

圖4、圖5顯示了電路響應和負載電流的變化，特別是在空載的條件下(無輻射)，輸入電流極低(80 μA以下)，這是該電路應用幾乎100%時間的工作狀況。

圖4 空載下輸出電壓與輸入電流Fig．4 VOUTand IINvs．input voltage with RLOADopen

輸入電壓 Vcc=5 v，Vref=2．5 v，輸出電壓 Vo=500 v，輸出電流60 uA，足以滿足GM計數管工作的需要。

圖5 負載下輸出電壓與輸入電流Fig．5 VOUTand IINvs．input voltage with RLOAD=10 MΩ

3 結論

針對GM計數管應用設計的高壓偏置電源，輸出電壓和輸出電流均可滿足一般GM計數管的使用要求，該電路設計相對簡單，輸出電壓穩定，運行穩定。在實際應用中，器件選用合適的封裝，可以建立的體積非常小，滿足便攜儀器的苛刻要求。

［1］ 應建華，李進．低功耗PFM DC-DC轉換器［J］．微電子學與計算機，2007，24(11):42—45．

［2］ 柳紀虎，劉旭丁，劉永生．多級倍壓整流電路的設計原理及其有關參數的計算方法［J］．半導體技術，1992，(8):46—48．