Принцип устройства и работы электрометра — 3

Принцип устройства и работы электрометра — 3

Если в схеме рис. 20 применена лампа ЭМ-3 с кру­тизной S = 40 мка/в, входное сопротивление равно 1011 ом и микроамперметр имеет верхний предел измере­ний 50 мка, то максимальный ионизационный ток, кото­рый может быть измерен, будет равен

/макс =——— —- = 1,25- 10“п ампер.

40 . Ю11

Уверенный отсчет показаний любого электроизмери­тельного прибора начинается с Vio части его шкалы, то есть в данном случае с 5 мка. Тогда минимальный ионизационный ток, который может быть измерен в дан­ной схеме, равен

/мин- = 1,25 • 10*-12 ампер.

40 • 1011

При рабочем объеме камеры 1 л таким токам будет соответствовать мощность дозы 0,13 и 0,013 рентген/час.

На рис. 20 пунктиром показана емкость Свх, всегда имеющаяся во входной цепи схемы и включенная па­раллельно сопротивлению R. Эта емкость складывается из емкости между сеткой и катодом, а также сеткой и анодом лампы, емкости между электродами камеры и емкости соединительных проводов относительно корпуса прибора. Наличие емкости Съх приводит к тому, что изме­нение напряжения на сетке лампы, а следовательно, и анодного тока всегда отстает по времени от изменений ионизационного тока. Для выяснения этого вопроса рас­смотрим цепь, состоящую из параллельно соединенных конденсатора и сопротивления, подключенных через кон­такт К к источнику постоянного тока, как показано на рис. 21.

При разомкнутом контакте К ток в цепи отсутствует и напряжение на емкости и сопротивлении равно нулю. После включения контакта К в цепи потечет ток /. Од­нако напряжение U в момент включения будет равно нулю, так как на конденсаторе еще нет никаких заря­дов. Только по мере накопления заряда на конденсаторе напряжение будет постепенно нарастать. Если бы сопро­тивление R отсутствовало, напряжение на конденсаторе со временем непрерывно увеличивалось бы.

При наличии сопротивления R ток, заряжающий кон­денсатор, будет непрерывно уменьшаться, так как с ро­стом напряжения все большая часть его будет прохо­дить через сопротивление. Процесс увеличения напря-

J

 

жения закончится, когда весь ток будет проходить только через сопротивление и напряжение U будет равно

^макс :==:: ^ * R*

Изменение напряжения происходит по закону

U = t/макс

где t — время, прошедшее после включения тока.

Произведение RC называется постоянной времени цепи и обозначается буквой т. За время, равное т, на­пряжение нарастает до 67% своей максимальной вели­чины; за время 3-т —до 95%.

Таким образом, после начала облучения камеры на­пряжение на сетке лампы и ток в анодной цепи устано­вятся через некоторое время, равное примерно 3*т. Если входная емкость Свх равна 30 пикофарадам и R = = 1011 ом, постоянная времени входной цепи будет равна т = 30 • 10~12 • 1011 = 3 секундам и показания микроампер­метра будут соответствовать измеряемому ионизацион­ному току только через 9—10 секунд. Отсюда следует, что такой усилитель не может быть применен для изме­рений быстроменяющейся мощности дозы излучения.

Уменьшение постоянной времени может быть достиг­нуто либо снижением входной емкости, либо уменьше­нием сопротивления R. Некоторого снижения входной емкости можно достичь, выбирая ионизационную камеру

83

 

с возможно меньшей емкостью между электродами и тщательно продумывая монтаж, чтобы снизить емкость подводящих проводов. Наиболее радикальным путем яв­ляется уменьшение входного сопротивления, но при этом во столько же раз снижается чувствительность схемы. Выход из этого положения был найден путем при­менения более сложных схем, из которых в полевых при-

борах находят применение усилители с отрицательной обратной связью.

Принципиальная схема усилителя с обратной связью показана на рис. 22. В таком усилителе часть напряже­ния с выхода подается обратно на вход схемы. В случае, если это напряжение складывается с напряжением сиг­нала, мы имеем положительную обратную связь; если напряжение обратной связи вычитается из напряжения сигнала, обратная связь будет отрицательной. Положи­тельная обратная связь для нас интереса не представ­ляет, так как при этом нестабильность коэффициента усиления увеличивается.

При отрицательной обратной связи непосредственно на вход усилителя подается напряжение t/o, равное раз­ности напряжений сигнала £/вх и напряжения обратной связи pt/BErx, где р — часть полного напряжения выхода.

Тогда для усилителя с коэффициентом усиления К

Ub Ъ£Х   К

1 -j- Р • К

Отношение -^БЪ— есть не что иное, как коэффициент

U вх

усиления усилителя при наличии отрицательной обрат­ной связи.

Величина jB часто называется коэффициентом обрат­ной связи. При [3, равном или близком к единице, обрат­ную связь называют глубокой. Если в усилитель, имею­щий большой коэффициент усиления К (порядка нескольких сотен), введена глубокая отрицательная обрат­ная связь, общий коэффициент усиления будет практи­чески равен единице, то есть выходное напряжение будет равно входному. Но UBX — IBX • RBX и ивъ1х = 1въ£х: • RBых> следовательно,

 “ 4ых * ^вых>

ИЛИ

- ВЫЛ.                           ж      В               Л.                          D

АВЫХ

Так как входное сопротивление усилителя слабых то­ков много больше выходного, такой усилитель может дать значительное усиление по току.

Например, при RBX = 1011 ом и RBых= 2-103 ом уси­ление по току будет равно 10^з = 5 • 107 раз. При токе

на выходе в 5 мка = 5 • 10 ампер ток на входе будет ра- 5 • 10~6

вен — = 10-13 ампер. В то же время даже значи­тельные колебания коэффициента усиления К совер­шенно не скажутся на точности измерений.

Второй весьма важной особенностью усилителя с глу­бокой отрицательной обратной связью является умень­шение постоянной времени входной цепи

Тоб*=1+у;у-

При р = 1 и большом К постоянная времени тобр мо­жет быть сделана достаточно малой, что позволяет без искажений измерять быстроменяющиеся токи.