電荷靈敏放大器

電荷靈敏放大器第一頁，共十九頁，編輯于2023年，星期日前置放大器的作用1、提高系統(tǒng)的信噪比 緊靠探測器構(gòu)成探頭，這樣減少了探測器與前置放大器的分布電容（減少了由導(dǎo)線造成的分布電容。）2、減小信號經(jīng)電纜傳送時的外界的影響。前置放大器與探測器在一起具有良好的屏蔽，可以抑制外界的干擾。就是信號經(jīng)過前置放大器后，信號已經(jīng)放大，影響相對較小。第二頁，共十九頁，編輯于2023年，星期日前置放大器的分類1、積分型放大器特點：輸出信號的幅度正比于輸入電流對時間的積分。有輸出信號的幅度正比于探測器輸出的總電荷量。2、電流型放大器特點：即電流靈敏前置放大器，與探測器的電流輸出一致。電流信號快，但是容易受到放大器頻帶的限制。第三頁，共十九頁，編輯于2023年，星期日電荷靈敏前置放大器課本P105（核電子學(xué)），可以知道在反饋電容上和輸入端的總電容電荷量和探測器所采集到輸出的總電荷量相等。由于增益A足夠大，則電量主要集中在反饋電容上，有：由于輸出的幅度反映了輸入電荷的大小，且與輸入電容無關(guān)，顧稱之為電荷靈敏前置放大器。第四頁，共十九頁，編輯于2023年，星期日電荷靈敏前置放大器工作原理如圖5-1-3(核電子學(xué)），可以得到：式子中為輸入信號的穩(wěn)定值。輸入電荷為：考慮到第五頁，共十九頁，編輯于2023年，星期日有上式可以得到輸出信號的穩(wěn)定值：是電荷靈敏放大器的低頻輸入等效輸入電容，當(dāng)時候如果滿足有：可以得到：當(dāng)A足夠大的時候只要保持反饋電容不變，不管輸入電容和增益是否增大，其放大倍數(shù)都是穩(wěn)定的了。第六頁，共十九頁，編輯于2023年，星期日電荷靈敏前置放大器的噪聲1、串聯(lián)噪聲和并聯(lián)噪聲 主要有探測器的漏電流噪聲，電阻的熱噪聲，場效應(yīng)管的溝道噪聲，場效應(yīng)管的閃爍噪聲并聯(lián)噪聲指的是與信號源并聯(lián)的噪聲。同樣，串聯(lián)噪聲源指的就是與信號并聯(lián)的噪聲源第七頁，共十九頁，編輯于2023年，星期日2、a,b,c噪聲a噪聲：與頻率的平方成正比的輸入并聯(lián)電流噪聲b噪聲：與頻率無關(guān)的輸入并聯(lián)電流噪聲c噪聲：與頻率成正比的并聯(lián)電流噪聲總結(jié)：a噪聲是串聯(lián)噪聲，b噪聲為并聯(lián)噪聲，c噪聲比例很小，可以忽略不計。第八頁，共十九頁，編輯于2023年，星期日電荷靈敏前置放大電路1、阻容反饋電荷靈敏前置放大器在具體的設(shè)計中的要求： 第一級放大器根據(jù)探測器的電容值大小進(jìn)行選定：在探測器的電容大的時候用多支場效應(yīng)管并聯(lián)，在探測器的電容小的時候接單支場效應(yīng)管。第九頁，共十九頁，編輯于2023年，星期日電荷靈敏前置放大電路2、光反饋電荷靈敏前置放大器 對于阻容式前置靈敏放大器反饋電阻產(chǎn)生的噪聲是最主要的因素之一，故可以采用除去反饋電阻的方法。但是有必須除去反饋電容不斷積累的電荷。 采取的方法：才用施密特觸發(fā)器進(jìn)行放電。第十頁，共十九頁，編輯于2023年，星期日電荷靈敏前置放大電路3、漏反饋電荷靈敏前置放大器 也是利用場效應(yīng)管的柵流使反饋電容放電。與光電反饋不同的是柵流的大小有場效應(yīng)源，漏極之間的電壓控制。第十一頁，共十九頁，編輯于2023年，星期日電荷靈敏前置放大器主要特點1、噪聲2、變換增益3、電壓增益和輸出電壓穩(wěn)定性4、上升時間5、輸入阻抗第十二頁，共十九頁，編輯于2023年，星期日噪聲 探測器-前置放大器的噪聲與系統(tǒng)的總電容相關(guān)，就是與探測器的電容相關(guān)。 噪聲的指標(biāo)分兩項給出：零電容噪聲和噪聲斜率。 零電容噪聲指的是前置放大器的固有噪聲，即不帶探測器和電容的時候。 噪聲斜率指的是前置放大器每增加1微法的電容噪聲增加的量。第十三頁，共十九頁，編輯于2023年，星期日2、變換增益 當(dāng)電荷靈敏前置放大器輸入一定量的電荷Q的時候。希望輸出的電壓幅度較大，即，稱為變換增益或者電荷靈敏度，以表示當(dāng)時，得到：變換增益也可以定義為電壓幅度與探測器入射粒子能量的比值，可以得到：第十四頁，共十九頁，編輯于2023年，星期日3、電壓增益和輸出電壓穩(wěn)定性 為了保證電荷靈敏前置放大器輸出電壓的幅度正比于探測器的輸出電荷，則增益必須大。 為了獲得高電壓增益，放大器的負(fù)載電阻必須大。4、上升時間上升時間與放大器本身的上升時間，探測器的電流脈沖時間一級探測器的級間電容的時間有關(guān)。 其定義為：前置放大器在輸入沖擊電流的時候，輸出電壓的上升時間。第十五頁，共十九頁，編輯于2023年，星期日5、輸入阻抗 在阻容式反饋放大器中，低頻阻抗決定于反饋電阻和電容。 低頻阻抗為：低頻輸入的電容是：第十六頁，共十九頁，編輯于2023年，星期日信噪比信噪比又稱為訊噪比，是信號的有用成份與雜音的強弱對比，常用分貝數(shù)表示。設(shè)備的信噪比越高表明它產(chǎn)生的雜音越少。

信號幅度(或能量)與噪聲幅度(或能量)之比，通常使用SNR、S/N表示，單位：分貝dB。第十七頁，共十九頁，編輯于2023年，星期日噪聲的測量1、根據(jù)噪聲對信號幅譜的展寬測量噪聲原理：等幅度的輸入待測裝置的時候，其輸入的信號幅度譜的半高寬度相當(dāng)