第二章前置放大器ppt課件

1、 內(nèi)容提要內(nèi)容提要1. 1. 概述概述 一一. .前置放大器的作用前置放大器的作用 二二. .前放的分類前放的分類( (按與配的探測(cè)器分類略按與配的探測(cè)器分類略) )2. 2. 電荷靈敏前放電荷靈敏前放 一一. .主要特征主要特征 二二. .電荷靈敏前放基本電路和實(shí)例分析電荷靈敏前放基本電路和實(shí)例分析 三三. .電荷靈敏前放噪聲分析和抑制措施電荷靈敏前放噪聲分析和抑制措施 四四. .電荷靈敏前放的改進(jìn)略）電荷靈敏前放的改進(jìn)略） 五五. .電荷靈敏前放噪聲的實(shí)驗(yàn)測(cè)量電荷靈敏前放噪聲的實(shí)驗(yàn)測(cè)量3. 3. 電壓電壓( (靈敏靈敏) )前置放大器前置放大器4. 4. 電流靈敏前置放大器快前置放大器）電

2、流靈敏前置放大器快前置放大器）第二章前置放大器第二章前置放大器基基本本內(nèi)內(nèi)容容放大器的的作用和分類放大器的的作用和分類電荷靈敏前置放大器電荷靈敏前置放大器電壓靈敏前置放大器電壓靈敏前置放大器電流靈敏前置放大器電流靈敏前置放大器目的與要求目的與要求(1)(1)熟練掌握：電荷靈敏前置放大器的結(jié)構(gòu)和實(shí)例分析。熟練掌握：電荷靈敏前置放大器的結(jié)構(gòu)和實(shí)例分析。 (2)(2)掌握：電壓靈敏和電流靈敏前置放大器的特點(diǎn)。掌握：電壓靈敏和電流靈敏前置放大器的特點(diǎn)。3前置放大器前置放大器與探測(cè)器輸出直接相聯(lián)的電路稱為前置級(jí)，一般這部與探測(cè)器輸出直接相聯(lián)的電路稱為前置級(jí)，一般這部分電路具有信號(hào)放大功能，故稱為前置放大

3、器。分電路具有信號(hào)放大功能，故稱為前置放大器。 核輻射測(cè)量中，探測(cè)器輸出的信號(hào)往往較小，需要核輻射測(cè)量中，探測(cè)器輸出的信號(hào)往往較小，需要加以放大再進(jìn)行測(cè)量。探測(cè)器加以放大再進(jìn)行測(cè)量。探測(cè)器- -放大器系統(tǒng)的連接方式放大器系統(tǒng)的連接方式所示，其中放大器又分為前置放大器與主放大器兩部分。所示，其中放大器又分為前置放大器與主放大器兩部分。 前置放大器預(yù)放大器、前放放在探測(cè)器附近，輸前置放大器預(yù)放大器、前放放在探測(cè)器附近，輸出經(jīng)高頻電纜與主放大器相連。出經(jīng)高頻電纜與主放大器相連。4前置放大器的作用前置放大器的作用1. 1.提高系統(tǒng)的信噪比提高系統(tǒng)的信噪比在探測(cè)器與放大器連接處存在分布電容在探測(cè)器與放大

4、器連接處存在分布電容CsCs。后面將。后面將證明，證明，CsCs越小，則系統(tǒng)的信噪比越高。減小越小，則系統(tǒng)的信噪比越高。減小CsCs的一的一個(gè)主要措施就是將放大器盡量靠近探測(cè)器以減小連個(gè)主要措施就是將放大器盡量靠近探測(cè)器以減小連接導(dǎo)線造成的分布電容。如果把整個(gè)放大器和探測(cè)接導(dǎo)線造成的分布電容。如果把整個(gè)放大器和探測(cè)器安裝在一起，系統(tǒng)比較笨重，并且可能受到探測(cè)器安裝在一起，系統(tǒng)比較笨重，并且可能受到探測(cè)器周圍條件的限制，例如空間太小、核輻射太強(qiáng)等，器周圍條件的限制，例如空間太小、核輻射太強(qiáng)等，常不便放置或操作。因此往往將放大器分為前置放常不便放置或操作。因此往往將放大器分為前置放大器和主放大器。

5、前置放大器的體積小，緊靠探測(cè)大器和主放大器。前置放大器的體積小，緊靠探測(cè)器并與探測(cè)器構(gòu)成一個(gè)整體器并與探測(cè)器構(gòu)成一個(gè)整體 ( (稱探頭稱探頭) )，這樣就減小，這樣就減小了了CsCs，提高了信噪比。主放大器則通過電纜和探頭，提高了信噪比。主放大器則通過電纜和探頭相連，儀器本身以及使用人員的工作條件也就擺脫相連，儀器本身以及使用人員的工作條件也就擺脫了現(xiàn)場(chǎng)條件的限制。了現(xiàn)場(chǎng)條件的限制。 52.2.減少外界干擾的相對(duì)影響減少外界干擾的相對(duì)影響 前置放大器與探測(cè)器一起通常有良好的前置放大器與探測(cè)器一起通常有良好的屏蔽，可以抑制外界干擾。前置放大器輸出的信屏蔽，可以抑制外界干擾。前置放大器輸出的信號(hào)沿

6、電纜傳送過程中受到干擾時(shí)，由于信號(hào)已經(jīng)號(hào)沿電纜傳送過程中受到干擾時(shí)，由于信號(hào)已經(jīng)過放大，干擾對(duì)信號(hào)的影響相對(duì)減小。為了減小過放大，干擾對(duì)信號(hào)的影響相對(duì)減小。為了減小外界干擾的影響，除了前置放大器要有良好的屏外界干擾的影響，除了前置放大器要有良好的屏蔽以及足夠的放大倍數(shù)外，在傳送弱信號(hào)時(shí)，所蔽以及足夠的放大倍數(shù)外，在傳送弱信號(hào)時(shí)，所用電纜也要有良好的屏蔽和噪聲性能，必要時(shí)還用電纜也要有良好的屏蔽和噪聲性能，必要時(shí)還需使用低噪聲雙層屏蔽電纜或雙芯電纜如圖。后需使用低噪聲雙層屏蔽電纜或雙芯電纜如圖。后者要求主放大器為差分輸入。者要求主放大器為差分輸入。 3.3.合理布局，便于調(diào)節(jié)和使用合理布局，便于

7、調(diào)節(jié)和使用 ( (前放為非調(diào)節(jié)式前放為非調(diào)節(jié)式, ,主放放大調(diào)節(jié)倍數(shù)、主放放大調(diào)節(jié)倍數(shù)、成形常數(shù)成形常數(shù)) ) 4.4.實(shí)現(xiàn)阻抗轉(zhuǎn)換和匹配實(shí)現(xiàn)阻抗轉(zhuǎn)換和匹配 ( (前放設(shè)計(jì)為高輸入阻抗前放設(shè)計(jì)為高輸入阻抗, ,低輸出阻抗低輸出阻抗) )67信號(hào)的預(yù)放大信號(hào)的預(yù)放大探測(cè)器和前放的等效電路從放大器輸入端看的輸入電容Ci=CD+CS+Cai放大器輸入端電壓忽略RD)tDiidttiCtv0)(1)(CD為探測(cè)器輸出電容CS為分布電容Cai為放大器輸入電容8前置放大器的分類在時(shí)間和能量測(cè)量系統(tǒng)中，前置放大器分別側(cè)重于保留信號(hào)的不同特點(diǎn)，可以分為兩大類：積分型放大器電壓靈敏前置放大器對(duì)探測(cè)器信號(hào)先積分再

8、放大電荷靈敏前置放大器放大和積分同時(shí)進(jìn)行電流型放大器電流靈敏前置放大器保留輸入電流信號(hào)的形狀特征9電壓靈敏型前置放大器電壓靈敏型前置放大器基本原理V-V 電壓放大器 探測(cè)器電流信號(hào)在放大之前已被自然積分為電壓信號(hào)。探測(cè)器電流 iD(t)()()(/()()(1)(0tAvtvCCCRRCRQdttiCtvioAiSDiADiiitwDii其中阻無關(guān)脈沖形狀和輸入端總電積分型前置放大器積分型前置放大器10電壓靈敏前置放大器的特性電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單前放輸出電壓的幅度為VOM = AQ/Ci 而Ci=CD+CS+CAiCD 隨外加偏壓而變化；CS 隨引線長(zhǎng)短、元件位置因素變化而變化，Cai 與放大器工作狀

9、態(tài)有關(guān)。這些因素將使 VOM 的值在不同條件下發(fā)生變化，輸出電壓的精度不高，一般用在探測(cè)器輸出信號(hào)幅度較大，精度要求不高系統(tǒng)。如接在閃爍探測(cè)器后面。如果在輸入端并聯(lián)大的電容？ 幅度，噪聲11電荷靈敏前置放大器基本結(jié)構(gòu)和工作原理基本結(jié)構(gòu)和工作原理由高輸入阻抗、高增益由高輸入阻抗、高增益的倒相放大器與一個(gè)反的倒相放大器與一個(gè)反饋電容組成的負(fù)反饋放饋電容組成的負(fù)反饋放大器。大器。 SACCQSVQSItQtiCCCSIACCSAsVsISCsVsVSCsVsAVsVfDDfiDfDfiiii100000設(shè)為冷電容其中解方程得列出電路方程12另外，從放大器的輸入端看：由于密勒效應(yīng)，電容相當(dāng)于被放大了1

10、+A)倍 C if = Ci + (1+A)Cf原電路可以等效成VOM 為輸出信號(hào)幅度，它僅僅決定于Cf 值和Q的大小，將不隨Ci 或A的不穩(wěn)定而變化，只要Cf 值恒定，輸出信號(hào)幅度保持與電荷量正比關(guān)系。 fmmfffCQVtuVtuCQtvCACAtuACCQtv00001時(shí)，當(dāng)作拉氏反變換13 應(yīng)該注意以下幾點(diǎn)： （1與反饋電容并聯(lián)的電阻起到泄放上電荷的作用，一般取值為108109，太小了會(huì)增加噪聲，太大了起不到泄放作用。另一個(gè)作用是產(chǎn)生直流負(fù)反饋以穩(wěn)定放大器直流工作點(diǎn)。 （2探測(cè)器與放大器之間用電容起到隔直作用。一般取值為幾千pF量級(jí)。耐壓為幾千伏。3.3.電流靈敏前放電流靈敏前放( (

11、電流前放電流前放, ,并聯(lián)反饋電流放大器并聯(lián)反饋電流放大器) )圖圖2.1.5 2.1.5 1,2 1,2用于能譜測(cè)量用于能譜測(cè)量, 3, 3用于時(shí)間測(cè)量用于時(shí)間測(cè)量. . 2. 2. 電荷靈敏前放電荷靈敏前放 輸出增益穩(wěn)定、噪聲低、性能良好輸出增益穩(wěn)定、噪聲低、性能良好一主要特征一主要特征1.1.變換增益變換增益( (電荷靈敏度電荷靈敏度) ) 能量變換增益能量變換增益iftDQCdttiAw 0iMOOMCQ)(QVAQVAfffiCQCQCACQQA11)1(00 ./ffOMOMOMCECeeQQCeQVeQVEVA 2.2.輸出穩(wěn)定性輸出穩(wěn)定性令令 F= Cf /(Ci +Cf)Cf

12、/Ci F= Cf /(Ci +Cf)Cf/Ci 假設(shè)假設(shè) A01, A0 A01, A0 F1F1。 A0 F A0 F足夠大時(shí)，穩(wěn)定。足夠大時(shí)，穩(wěn)定。fiiMCACQAV)1( AV00OOM iiOMOMOMdcCVdAAVdv.00 2)(uvuuvvu fiififiOMOMCACdCACACdACCVdV)1()1()(0000 iiOMOMCdCFAAdAFAVdV000011 17輸出電壓穩(wěn)定性 我們要求輸出電壓幅度盡可能不隨開環(huán)放大倍數(shù)和輸入電容的變化而變化，可以用輸出幅度相對(duì)變化來衡量其穩(wěn)定性的好壞。iiomomiomomfiomCCFAVVCAAFAVVAFAACQCAC

13、QAV00000000011111)1 (變化引起，由變化引起，由1為了提高穩(wěn)定性，可以增大開環(huán)增益A0 ，提高反饋系數(shù)F(減小Ci) 。 3輸出噪聲能量噪聲半寬度） 例：能量噪聲半寬度 FWHM (Ge)=1Ke+0.03Ke/PF （無電容時(shí)等效噪聲能量半寬度 噪聲斜率） 4上升時(shí)間tr）:輸入沖擊電流Q(t)時(shí)上升時(shí)間10%-90% VOM時(shí)間）, 101ns級(jí) 19 盡管探測(cè)器輸出的每個(gè)電信號(hào)在電荷靈敏放大器產(chǎn)生的輸出電壓并不大，但是每輸出一個(gè)信號(hào)都在Cf 上積累起來，雖然Rf 能泄放其上電荷，但tf = Rf Cf 由于很大，泄放很慢，就會(huì)造成信號(hào)堆積。 tueCQtvff10 )1

14、(110ffDSCSISV5. 5. 動(dòng)態(tài)范圍和最高計(jì)數(shù)率動(dòng)態(tài)范圍和最高計(jì)數(shù)率20可以用坎貝爾(Campbell)定理來計(jì)算輸出端平均直流電平及其漲落: 的情況下，與平均計(jì)數(shù)率有關(guān)，在的表達(dá)式代入，得到將fmfVmfffVnVnVnCQnVtvodttvndttvnV12)(000020200000可以認(rèn)為Vo(t) 的漲落服從高斯分布。21實(shí)際輸出電壓的瞬時(shí)值，落在 若希望99%的信號(hào)都被放大，即要求放大器動(dòng)態(tài)范圍不小于%996 . 2%680000的概率為的概率為VVVVomVfomffVVVpFmsskcnVnnV166 . 2)110(1,/10)2/6 . 2(6 . 200090動(dòng)

15、態(tài)范圍至少為：時(shí)當(dāng)若放大器變換增益為440mV/1MeV, 對(duì)于能量為1MeV的粒子(平均計(jì)數(shù)率為10kc/s)，動(dòng)態(tài)范圍要大于7V。22為了減小對(duì)動(dòng)態(tài)范圍的要求，探測(cè)器與電荷靈敏放大器之間采用交流耦合這樣可以使直流分量為零，即動(dòng)態(tài)范圍僅僅要求：00V06 . 2V交流耦合三種組態(tài)的特點(diǎn)及用途三種組態(tài)的特點(diǎn)及用途共射極放大電路：共射極放大電路： 電壓和電流增益都大于電壓和電流增益都大于1 1，輸入電阻在三種組態(tài)中居中，輸出電阻與集，輸入電阻在三種組態(tài)中居中，輸出電阻與集電極電阻有很大關(guān)系。適用于低頻情況下，作多級(jí)放大電路的中間級(jí)。電極電阻有很大關(guān)系。適用于低頻情況下，作多級(jí)放大電路的中間級(jí)。共

16、集電極放大電路：共集電極放大電路： 只有電流放大作用，沒有電壓放大，有電壓跟隨作用。在三種組態(tài)中，只有電流放大作用，沒有電壓放大，有電壓跟隨作用。在三種組態(tài)中，輸入電阻最高，輸出電阻最小，頻率特性好?？捎糜谳斎爰?jí)、輸出級(jí)或緩沖輸入電阻最高，輸出電阻最小，頻率特性好?？捎糜谳斎爰?jí)、輸出級(jí)或緩沖級(jí)。級(jí)。共基極放大電路：共基極放大電路： 只有電壓放大作用，沒有電流放大，有電流跟隨作用，輸入電阻小，輸只有電壓放大作用，沒有電流放大，有電流跟隨作用，輸入電阻小，輸出電阻與集電極電阻有關(guān)。高頻特性較好，常用于高頻或?qū)掝l帶低輸入阻抗出電阻與集電極電阻有關(guān)。高頻特性較好，常用于高頻或?qū)掝l帶低輸入阻抗的場(chǎng)合，模

17、擬集成電路中亦兼有電位移動(dòng)的功能。的場(chǎng)合，模擬集成電路中亦兼有電位移動(dòng)的功能。 放大電路三種組態(tài)的比較放大電路三種組態(tài)的比較25典型電路T1管為結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管，接成共源放大器。T2為共基放大器。T3管接成一個(gè)射極跟隨器作為輸出極。 T1管的變換增益 （T1管的跨導(dǎo)）T2管的變換增益T3管的變換增益 G3=1此放大器的開環(huán)增益為假設(shè) ，則A0 = 2500 1aRaCmgDRiVGgViG221111amRgGGGA13210KRVmAgam5005二電荷靈敏前放基本電路和實(shí)例分析二電荷靈敏前放基本電路和實(shí)例分析圖圖2.2.52.2.51.1.電路分析輸入級(jí)電路分析輸入級(jí)T1T1；放大級(jí)；放大級(jí)T

18、2T2；輸出級(jí)；輸出級(jí)T3T3、T4T4）偏壓及濾波；測(cè)試；反響偏壓及濾波；測(cè)試；反響 正反饋正反饋R6C7R6C7改變輸出脈沖上升時(shí)間；改變輸出脈沖上升時(shí)間； 退耦退耦LCLC、RCRC。2 2定量估算定量估算(1)(1)開環(huán)增益開環(huán)增益A0 A0 v0ve3ic2Ra2=-ic1Ra2=-gmviRa2 v0ve3ic2Ra2=-ic1Ra2=-gmviRa2 A0=|VOM/ViM|=gmRa2=gmRa2/(1-A3)3000 A0=|VOM/ViM|=gmRa2=gmRa2/(1-A3)3000倍倍(2)(2)上升時(shí)間上升時(shí)間 tr0=2.2Ra2Ca2/(1+A0F)2.2Ca(C

19、i tr0=2.2Ra2Ca2/(1+A0F)2.2Ca(Ci +Cf)/( gmCf)22ns+Cf)/( gmCf)22ns圖圖2.2.62.2.6 路中加入中間放大級(jí)。路中加入中間放大級(jí)。 反饋的基本概念反饋的基本概念凡是將放大電路輸出端的信號(hào)電壓或電流凡是將放大電路輸出端的信號(hào)電壓或電流的一部分或全部引回到輸入端，與輸入信號(hào)的一部分或全部引回到輸入端，與輸入信號(hào)迭加，就稱為反饋。迭加，就稱為反饋。若引回的信號(hào)削弱了輸入信號(hào)，就稱為負(fù)反饋。若引回的信號(hào)削弱了輸入信號(hào)，就稱為負(fù)反饋。若引回的信號(hào)增強(qiáng)了輸入信號(hào)，就稱為正反饋。若引回的信號(hào)增強(qiáng)了輸入信號(hào)，就稱為正反饋。這里所說的信號(hào)一般是指交

20、流信號(hào)，這里所說的信號(hào)一般是指交流信號(hào)，所以判斷正負(fù)反饋，就要判斷反饋信號(hào)與所以判斷正負(fù)反饋，就要判斷反饋信號(hào)與輸入信號(hào)的相位關(guān)系，同相是正反饋，反輸入信號(hào)的相位關(guān)系，同相是正反饋，反相是負(fù)反饋。相是負(fù)反饋。1.概述HOME放大器放大器輸出輸出輸入輸入取取+ 加強(qiáng)輸入信號(hào)加強(qiáng)輸入信號(hào) 正反饋正反饋 用于振蕩器用于振蕩器取取 - 削弱輸入信號(hào)削弱輸入信號(hào) 負(fù)反饋負(fù)反饋 用于放大器用于放大器開環(huán)開環(huán)閉環(huán)閉環(huán)負(fù)反饋的作用：穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)；穩(wěn)定放大倍數(shù)；提負(fù)反饋的作用：穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)；穩(wěn)定放大倍數(shù)；提高輸入電阻；降低輸出電阻；擴(kuò)展通頻帶。高輸入電阻；降低輸出電阻；擴(kuò)展通頻帶。反饋網(wǎng)絡(luò)反饋網(wǎng)絡(luò)疊加疊加反

21、饋信反饋信號(hào)號(hào)實(shí)際被放大信號(hào)實(shí)際被放大信號(hào)反饋框圖：反饋框圖：HOMEdooXXAofXXFfidXXX負(fù)反饋框圖：負(fù)反饋框圖：基本放大基本放大電路電路AodXoX反饋回路反饋回路FfXiX+輸出信號(hào)輸出信號(hào)輸入信號(hào)輸入信號(hào)反饋信號(hào)反饋信號(hào)差值信號(hào)差值信號(hào)ioFXXA開環(huán)放大倍數(shù)開環(huán)放大倍數(shù)閉環(huán)放大倍數(shù)閉環(huán)放大倍數(shù)反饋系數(shù)反饋系數(shù)差值信號(hào)差值信號(hào)HOME負(fù)反饋放大器的一般關(guān)系：負(fù)反饋放大器的一般關(guān)系：基本放大基本放大電路電路AodXoX反饋回路反饋回路FfXiX+oodofdfoioFAFXXXXXXXXXA111FAAoo1當(dāng)當(dāng)AoF1時(shí)，時(shí)，F(xiàn)AF1反饋深度反饋深度結(jié)論：當(dāng)結(jié)論：當(dāng) AoF

22、1 很大時(shí)，很大時(shí)，AF 只與反饋網(wǎng)絡(luò)有關(guān)。即負(fù)反只與反饋網(wǎng)絡(luò)有關(guān)。即負(fù)反 饋可以穩(wěn)定放饋可以穩(wěn)定放大倍數(shù)。大倍數(shù)。HOMEAoF1 為深度負(fù)反饋為深度負(fù)反饋電荷靈敏前置放大器的噪聲分析和抑電荷靈敏前置放大器的噪聲分析和抑制措施制措施 高分辨率能譜測(cè)量裝置中，要求探測(cè)器-放大器系統(tǒng)具有良好的信噪比。下面結(jié)合半導(dǎo)體探測(cè)器和結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管輸入放大級(jí)構(gòu)成的系統(tǒng)進(jìn)行討論。前者的應(yīng)用范圍廣、固有能量分辨率好，后者的噪聲小，所以這種系統(tǒng)在能量測(cè)量中具有典型意義。此外，在放大器中只考慮前置放大器第一級(jí)產(chǎn)生的噪聲，因?yàn)檫@些噪聲得到后面各級(jí)的放大，往往起著決定性的作用。并聯(lián)噪聲與探測(cè)器電流信號(hào)并并聯(lián)噪聲與探測(cè)器電

23、流信號(hào)并聯(lián)）：聯(lián)）：探測(cè)器漏電流噪聲半導(dǎo)體探測(cè)器）探測(cè)器漏電流噪聲半導(dǎo)體探測(cè)器）場(chǎng)效應(yīng)管柵極電流噪聲場(chǎng)效應(yīng)管柵極電流噪聲偏壓電阻偏壓電阻RD RD 熱噪聲熱噪聲泄放電阻泄放電阻Rf Rf 熱噪聲熱噪聲串聯(lián)噪聲與探測(cè)器電流信號(hào)串串聯(lián)噪聲與探測(cè)器電流信號(hào)串聯(lián)）：聯(lián)）：場(chǎng)效應(yīng)管的溝道熱噪聲場(chǎng)效應(yīng)管的溝道熱噪聲場(chǎng)效應(yīng)管的低頻噪聲場(chǎng)效應(yīng)管的低頻噪聲 3. 3. 探測(cè)器和電荷靈敏放大器輸入電路的噪聲分析探測(cè)器和電荷靈敏放大器輸入電路的噪聲分析 電荷靈敏放大器輸入電路的噪聲分析 dfeIidDDL22dfRkTidDRD42dfeIidgTL22dfRkTidfRf42dfgkTvdmTC382dffAvd

24、fTF2探測(cè)器漏電流噪聲偏壓電阻熱噪聲 場(chǎng)效應(yīng)管柵極電流噪聲 場(chǎng)效應(yīng)管溝道熱噪聲 場(chǎng)效應(yīng)管低頻噪聲反饋電阻Rf 熱噪聲串聯(lián)噪聲源等效到并聯(lián)噪聲的等效關(guān)系222|)()(1)()(),)()()()spspfpoffsffisovdCjidVCjICjIVCbCCVCCCVVax的傳輸關(guān)系噪聲均方值，按照功率）（輸出相等時(shí)，要求：幾乎全部流到并聯(lián)噪聲（圖對(duì)串聯(lián)噪聲（圖為虛地點(diǎn)圖中222)(spvdCid我們可以把串聯(lián)噪聲源等效到并聯(lián)噪聲，得到按噪聲電流和頻率關(guān)系可分為三部分， 其中， 電荷靈敏放大器輸入電路的噪聲分析 dCAiddgCkTdfgkTCidfTFmmTC2222223438)(22

25、222222cbaiiiniidididdcbaid2234CgkTamifDgDiRRkTIIeb/4221222CAcfi電荷靈敏放大器輸入電路的噪聲分析 dCbavdCjnf22222)/1（傳輸函數(shù)為222222222c ,b ,fififiCcCbCaa其中：將噪聲等效到輸出端，22222222)()(CbaSCbas噪聲功率譜密度：降低噪聲的方法：器件選擇低頻噪聲小的器件；選擇柵極漏電流小的場(chǎng)效應(yīng)管熱噪聲與R成反比，RD和Rf 電阻值取大一些，或用其它方法放電，選用低介質(zhì)損耗的電容；減少冷電容；選擇合適的反饋電容環(huán)境探測(cè)器的反向漏電流在低溫下可以降低降低溫度，減少熱噪聲；濾波網(wǎng)絡(luò)4

26、2為了防止并聯(lián)電阻引起的噪聲，可以不用電阻Rf 對(duì)電容放電，而采用以下電路原理：Vo超過閾值發(fā)光柵流Ig增加，放電到下閾值停止放電脈沖光反饋式脈沖光反饋式43電流靈敏放大器的特點(diǎn)電流靈敏放大器的特點(diǎn) 響應(yīng)快，可以獲得精確的時(shí)間信息， 也可以由波形分辯粒子； 上升時(shí)間和脈沖寬度都較窄，有利于高計(jì)數(shù)率測(cè)量； 可以用于能譜測(cè)量系統(tǒng)，特別是在需要選通測(cè)量的時(shí)候。噪聲的測(cè)量 噪聲測(cè)量噪聲測(cè)量噪聲的測(cè)量 XNEFWHMXXEEFWHM1212標(biāo)定測(cè)量分析儀器 多道幅度分析儀 已知能量的放射源例如56Fe，有5.89KeV和6.59KeV二個(gè)X射線通過探測(cè)器，此系統(tǒng)測(cè)量能譜用來標(biāo)定多道分析器得到二條譜線，求

27、得每道對(duì)應(yīng)的能量值。移去放射源。由精密脈沖源輸入固定幅度的信號(hào)，這時(shí)測(cè)得的幅度譜的半高寬就代表了噪聲的線寬 1212XXEExFWHM為了保證測(cè)量精度，在標(biāo)定幅度分析器和測(cè)量噪聲線寬時(shí)，應(yīng)調(diào)節(jié)好系統(tǒng)的增益和輸入信號(hào)幅度，使每個(gè)峰的半高寬不少于一定的道數(shù)；每個(gè)峰的最高計(jì)數(shù)道的計(jì)數(shù)也要夠高。國(guó)際電工委員會(huì)推薦的數(shù)據(jù)是：每個(gè)峰的半高寬至少要有20道，每個(gè)峰的最高計(jì)數(shù)道不少于1O000個(gè)計(jì)數(shù)。一般取78道以及幾千個(gè)計(jì)數(shù)。 如果要測(cè)量除探測(cè)器外的電子學(xué)系統(tǒng)的噪聲，測(cè)量時(shí)應(yīng)將探測(cè)器和前置放大器的連線斷開。 精密脈沖發(fā)生器輸出的信號(hào)應(yīng)滿足以下要求：上升要夠快，上升時(shí)間不大于主放大器中最短微分時(shí)間常數(shù)的20；

28、衰減要慢，在主放大器輸出脈沖達(dá)到峰值時(shí)刻，衰減不超過其高度的2。推薦的數(shù)據(jù)是上升時(shí)間小于20ns，衰減時(shí)間常數(shù)大于100 s。輸入端定標(biāo)龜容器Cc最好選用三端型電容器，這種電容器有一屏蔽端，使用時(shí)接地。電容Cc一般安裝在前置放大器內(nèi)，其值可取lpF。 測(cè)量用電壓表的上限頻率至少要為成形網(wǎng)絡(luò)頻率特性中心頻率的l0倍，以保證把放大器輸出端各種噪聲分量都包括在內(nèi)。電壓表的3dB帶寬一般應(yīng)在10MHz以上。應(yīng)當(dāng)注意，一般電壓表響應(yīng)于輸入信號(hào)的整流平均值，并按純正弦輸入信號(hào)刻度為有效值。用這種電壓表測(cè)量噪聲時(shí)，其讀數(shù)乘以1.13才是所測(cè)噪聲電壓的有效值。 當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)有偏置放大器(或稱閾放大器、切割放大器)

29、，只放大超過偏置電壓的那部分信號(hào)時(shí)；或者系統(tǒng)內(nèi)有基線恢復(fù)器，改變了噪聲特性時(shí)，無信號(hào)輸出時(shí)的輸出噪聲不同于有信號(hào)輸出時(shí)疊加在輸出信號(hào)峰值附近的噪聲，所以不能用電壓表方法而只能甩多道分析器方法測(cè)量噪聲。50電壓靈敏型前置放大器電壓靈敏型前置放大器基本原理V-V 電壓放大器 探測(cè)器電流信號(hào)在放大之前已被自然積分為電壓信號(hào)。近似認(rèn)為探測(cè)器電流 iD(t)=Qd(t)()()(/()()(/tAvtvCCCRRCRtueCQtvioAiSDiADiiitiii其中51電流靈敏前置放大器實(shí)現(xiàn)方法 電壓-電壓型放大器 在輸入端并聯(lián)上小電阻，在電阻上形成電壓信號(hào)。電阻一般選為50，適合于信號(hào)幅度較大的情況。

30、對(duì)V-V放大器要求其上升時(shí)間很小，一般在ns量級(jí)。 為了提高工作穩(wěn)定性，并為了提高工作穩(wěn)定性，并改善上升時(shí)間，采用了一定改善上升時(shí)間，采用了一定的負(fù)反饋。此時(shí)放大器增益：的負(fù)反饋。此時(shí)放大器增益：A=v0/vi=(R2+R1)/R1A=v0/vi=(R2+R1)/R1 一般說來，電壓靈敏前置放大器的噪聲要比電荷靈敏一般說來，電壓靈敏前置放大器的噪聲要比電荷靈敏前置放大器的噪聲大，因此往往不直接作為前置級(jí)；但作前置放大器的噪聲大，因此往往不直接作為前置級(jí)；但作為電荷靈敏前置放大器的后繼電路，可使信號(hào)電壓進(jìn)一步為電荷靈敏前置放大器的后繼電路，可使信號(hào)電壓進(jìn)一步放大。放大。理想集成運(yùn)放工作于線性區(qū)理

31、想集成運(yùn)放工作于線性區(qū) 理想運(yùn)放工作于線性區(qū)：)(uuAuodo “虛短虛短”：運(yùn)放的同相輸入端和反相輸入端的電位：運(yùn)放的同相輸入端和反相輸入端的電位“無窮接近，好象短路無窮接近，好象短路一樣，但卻不是真正的短路。一樣，但卻不是真正的短路。uuuuuAood故所以，為有限值而, 0)(, A - - + u+ uo u- i+ i- 0,Riiuuuiid所以，為有限值因?yàn)?“虛斷虛斷”：運(yùn)放的同相輸入端和反相輸入端的電流趨于：運(yùn)放的同相輸入端和反相輸入端的電流趨于0，好象斷路一樣，好象斷路一樣，但卻不是真正的斷路。但卻不是真正的斷路。決定，約幾的決定，輸入電容由電阻由電壓前置放大器的輸入是穩(wěn)

32、定的。穩(wěn)定，則、只要閉環(huán)放大倍數(shù)為時(shí)，當(dāng)，后級(jí)電壓放大倍數(shù)為前級(jí)電壓放大倍數(shù)為FCPETRPET,11211212121pARRRRRbAAAbAAgsgff21121RRRbRRRPETRPETgD反饋系數(shù)為為反饋電阻，和為柵極電阻，漏極電阻，為輸入端。器的用來作為電壓前置放大仍常阻抗和低噪聲的性能，具有高輸入結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管電壓前放的一個(gè)實(shí)例電壓前放的一個(gè)實(shí)例倍。大于電路使開環(huán)放大倍數(shù)可集電極組成自舉反饋到的輸出又為了提高開環(huán)增益，的源極。射極經(jīng)電阻分壓加到由串聯(lián)負(fù)反饋。反饋信號(hào)）組成電壓、電路（）、共集電極放大級(jí)（共源極放大，經(jīng)共射極接成輸入端用結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管8000TTTTTTT231443

33、2電流靈敏前置放大器高計(jì)數(shù)率的測(cè)量。易產(chǎn)生堆積，不利于較后沿，也確測(cè)量，而且有較長(zhǎng)的即不宜對(duì)時(shí)間信息作精時(shí)間相應(yīng)，間緩慢，不能給出快的如圖，一般說來上升時(shí)輸出電壓入信號(hào)起了積分作用，能譜儀測(cè)量。當(dāng)由于輸用于能量成正比，所以均可輸出信號(hào)幅度都與射線，其輸出對(duì)電壓靈敏前置放大器，其輸出對(duì)電荷靈敏前置放大器。時(shí)，都對(duì)輸入電容充電當(dāng)探測(cè)器輸出電流脈沖，其共同特點(diǎn)是：電荷或電壓靈敏放大器ECidtACECidtACiiiiifiifiAQVAVQAVOOOM電流靈敏前置放大器就是對(duì)電流靈敏前置放大器就是對(duì)電流響應(yīng)較快的放大器，也電流響應(yīng)較快的放大器，也稱為快前置放大器，它是對(duì)稱為快前置放大器，它是對(duì)探測(cè)器輸出電流信號(hào)直接進(jìn)探測(cè)器輸出電流信號(hào)直接進(jìn)行放大，不是積分成電壓，行放大，不是積分成電壓，而是輸出電壓或電流幅度與而是輸出電壓或電流幅度與輸入電流成正比。輸入電流成正比。電流靈敏前置放大器LfiOfiOLOIIAIVI/2C1RRRIRRVRIRCR