实用的boots型拓扑直流变换盖革计数管高压偏置电路

韩业辉，梅雪松，庞 杨，赵超趣，滕立才

(黑龙江省科学院技术物理研究所，哈尔滨150010)

盖革计数管是德国科学家H·盖革和P·米勒发明的，是根据射线能使气体电离的性能制成的，工作在盖革区，当某种射线的一个高速粒子进入管内时，能够使管内气体原子电离，释放出几个自由电子，并在偏置电压的作用下移动。这些电子沿途又电离气体的其他原子，释放出更多的电子。越来越多的电子再接连电离越来越多的气体原子(雪崩电离)，最终使管内气体成为导电体，在阳丝极与管壁之间产生迅速的气体放电现象，从而有一个脉冲电流输出，当外加偏置电压一定时，输出的脉冲幅度相同。盖革—米勒计数器优点是灵敏度高、脉冲幅度大，缺点是不能快速计数。虽然剂量率测量精度差，但是能提供应用/性能/成本的一个很好的妥协方案，很多辐射检测仪器、料位计都使用这种探测器。

对于不同的盖革计数管，它们的偏置电压也不同，范围从350～900 V，取决于管的设计和使用的气体混合物。一般情况下，一个给定的管的偏置电压设定在其“坪”电压中心点工作，坪区范围在100～150 V。如北京核仪器厂生产的J4401计数管，起始电压小于420 V，坪区范围450～550 V，推荐工作电压500 V(见图1)。设计提供稳定、可靠的高压电源，是GM计数正常可靠工作的基础，也是GM计数管灵活设计应用的保障。

图1 偏置电压Fig．1 High bias voltage

1 电路设计

图2 Boots型拓朴并联开关Fig．2 Boots type topological transformation circuit

图3 电压反馈Fig．3 Voltage feedback circuit

2 电路分析

图4、图5显示了电路响应和负载电流的变化，特别是在空载的条件下(无辐射)，输入电流极低(80 μA以下)，这是该电路应用几乎100%时间的工作状况。

图4 空载下输出电压与输入电流Fig．4 VOUTand IINvs．input voltage with RLOADopen

输入电压 Vcc=5 v，Vref=2．5 v，输出电压 Vo=500 v，输出电流60 uA，足以满足GM计数管工作的需要。

图5 负载下输出电压与输入电流Fig．5 VOUTand IINvs．input voltage with RLOAD=10 MΩ

3 结论

针对GM计数管应用设计的高压偏置电源，输出电压和输出电流均可满足一般GM计数管的使用要求，该电路设计相对简单，输出电压稳定，运行稳定。在实际应用中，器件选用合适的封装，可以建立的体积非常小，满足便携仪器的苛刻要求。

［1］ 应建华，李进．低功耗PFM DC-DC转换器［J］．微电子学与计算机，2007，24(11):42—45．

［2］ 柳纪虎，刘旭丁，刘永生．多级倍压整流电路的设计原理及其有关参数的计算方法［J］．半导体技术，1992，(8):46—48．