前置放大器資料

如下圖電路，輸入端R>>Z〔類似于電流源，VA=IZ〕，試對于RL=0、RL=Z、RL=三種狀況分析并畫出A點和B點的電壓波形〔留意標明波形轉(zhuǎn)換的時間和幅度變化值，設(shè)電纜的延遲時間為td〕。第一次作業(yè)輸入為幅度為V的階躍信號，試畫出V+、V-、VO的波形。請推導(dǎo)閃爍探測器輸出脈沖外形如則對兩種狀況進展爭論：RC>>0RC<<0應(yīng)推導(dǎo)如何得到V(t)：在復(fù)頻域內(nèi)對電路進展分析。在短時間區(qū)域，在足夠長的時間區(qū)域，爭論：(1)當RC>>0時，

脈沖前沿~

0，脈沖后沿~RC，Vmax

Q。在短時間區(qū)域，在足夠長的時間區(qū)域，(2)當RC<<

0時，

上升時間~RC

，下降時間~

0

，Vmax

。RC>>

0RC<<

0RC電路對指數(shù)下降電壓的響應(yīng)〔留意=RC=i和=RCi兩種狀況〕下面分兩種狀況對輸出脈沖進展分析：當=i時，當

i時，爭論：當i時，輸出電壓有下沖〔反向電壓〕。微分電路的輸入和輸出波形如下圖下降時間常數(shù)由打算上升時間常數(shù)由i打算放大器的輸入信號〔即前置放大器的輸出信號〕有一個緩慢衰減的后沿〔一般為50s〕，微分后信號將具有一個與輸入信號一樣大時間常數(shù)的尾部。假設(shè)輸入信號幅度超過正常范圍上百倍、上千倍，過大的尾部使放大器長時間進入非線性區(qū)〔幅度過載，放大器的堵塞〕。從過載輸出信號產(chǎn)生時刻起到其基線恢復(fù)到零的時間稱為過載信號基線恢復(fù)時間。放大器發(fā)生過載要經(jīng)過相當長的時間才能恢復(fù)。去除下沖，極零相消前置放大器核電子學(xué)中噪聲小結(jié)噪聲與干擾噪聲：電子器件內(nèi)部產(chǎn)生干擾：來自于外部散粒噪聲與熱噪聲散粒噪聲：載流子數(shù)目漲落熱噪聲：載流子熱運動核電子學(xué)噪聲的主要來源探測器的反向電流：1/f、散粒噪聲〔工藝措施、低溫〕前置放大器的第一級放大器—場效應(yīng)管：熱噪聲〔低溫〕這就是核輻射探測器經(jīng)常使用LN2制冷或半導(dǎo)體制冷的原因，必要時把前置放大器的第一級放大電路也放在低溫下。核電子學(xué)中信號的放大放大通常分為預(yù)放大〔由前置放大器完成〕和主放大〔由脈沖放大器完成〕。核探測器主放大器前置放大器輻射源（弱信號用雙芯屏蔽電纜）信號屏蔽電纜線前置放大器的作用提高系統(tǒng)的信噪比；減小信號經(jīng)由電纜傳送時外界干擾的影響；主放大器通過長電纜與探頭相連，主放大器本身和操作人員可以擺脫現(xiàn)場條件的限制；實現(xiàn)阻抗轉(zhuǎn)換和匹配。前置放大器的分類電壓靈敏前置放大器電荷靈敏前置放大器電流靈敏前置放大器積分型前置放大器電壓靈敏前置放大器

其中放大器輸入端總電容：Ci=CD+CA+CS放大器輸入端總電阻：Ri=RL+RA+RCiRi足夠大時

iD(t)CDCSCA-電壓+放大器ViM=QCiVOM=AViM

Q探測器電壓靈敏前置放大器Vo(t)Vi(t)tW電壓靈敏前置放大器的特點只要放大器輸入電阻足夠大，電荷量一樣，則前放輸出電壓脈沖幅度即一樣。能量區(qū)分較差。輸入總電容Ci與CD、CA、CS有關(guān)。當CD、CA、CS變化時，放大器輸入端電壓脈沖幅度也變化〔ViM=Q/Ci〕。電壓靈敏前置放大器只適用于對輸出電壓脈沖幅度穩(wěn)定性要求不高的低能量區(qū)分系統(tǒng)。+-RC

+高壓溝通耦合：隔直電容100pF-1nF，遠大于探測器本身電容CD脈沖尾部指數(shù)下降，放電時間由Ci*R//RL打算，約為10-100微秒。電纜阻抗匹配前放的上升時間與電荷收集時間和放大器的上升時間等有關(guān)，一般在幾百ns左右。電荷靈敏前置放大器A0Cf>>Ci+Cf

則VoM

Q/CfVOM=Q/CfVo(t)iD(t)-+vo(t)CitWCf電荷靈敏前置放大器的特點只要Cf保持恒定不變，不管A0、Ci是否穩(wěn)定，輸出電壓幅度VoM對輸入電荷Q的“放大倍數(shù)”都是穩(wěn)定的。阻容反響電荷靈敏前置放大器衰減時間常數(shù)：通常為50s〔與主放中極零相消電路時間常數(shù)的可調(diào)范圍相協(xié)作〕。上升時間：由探測器電荷收集時間和放大器的上升時間等打算，不大于200ns。由于反響電阻的存在，所以電荷靈敏前置放大器的輸出包括一個時間常數(shù)為RfCf的衰減局部。iD(t)-+vo(t)CitWCfVoM=Q/CfVo(t)Rf無反響電阻時有反響電阻時反響電阻釋放電容上累積的電荷，穩(wěn)定直流工作點，但是輸出脈沖有積存，且是噪聲的主要來源之一。光反響電荷靈敏前置放大器利用脈沖光電反響，釋放電容上不斷積存的電荷。通過這個方法可以獲得大約100eV的能量區(qū)分率iD(t)=Q(t)VoCf微分與選通VSVo

電荷靈敏前放LEDIL電壓甄別器VT+VoVT-VSILVo

QCf工作時間恢復(fù)時間電荷靈敏前置放大器的主要特性噪聲變換增益輸出電壓的穩(wěn)定性上升時間噪聲在高區(qū)分的能譜測量中，電荷靈敏前放的噪聲是能譜儀系統(tǒng)噪聲的一個重要組成局部。它的大小由輸入級場效應(yīng)管、輸入端總電容〔反響電容、探測器電容等〕、輸入阻抗和輸入端漏電流打算。FWHM(Ge)=1keV+0.03keV/PFC〔3s〕阻容反響，零電容噪聲約幾百eV，光反響可小到100eV；對于半導(dǎo)體能譜儀用的前置放大器，噪聲斜率一般為十幾至幾十eV/pF。在電荷靈敏前放中，輸出電壓脈沖幅度為變換增益在A0>>1時，輸出電壓脈沖幅度與輸入電荷和反饋電容有關(guān)。定義變換增益為

當Cf小時，變換增益大，但要求Cf有良好的穩(wěn)定性。對于硅探測器，W=3.6eV，當Cf為1pF時，ACE等于44mV/MeV。與僅用半導(dǎo)體探測器在10pF電容上輸出約為4.8mV/MeV相比較，可以看出，探測器輸出信號幅度經(jīng)過前置放大器后要大一個量級，相對于毫伏量級的一般干擾而言，前置放大器輸出信號的抗干擾能要強得多了。輸出電壓的穩(wěn)定性當A0>>1時則Ci

、A0分別變化時，有其中，F(xiàn)=Cf/(Cf+Ci)=Cf/Ci稱為反響系數(shù)。A0F為反響深度。深度負反響時〔A0F>>1〕上升時間前放輸出信號的上升時間與前放本身〔放大器的上升時間，一般不超過幾十納秒〕的上升時間、探測器電流脈沖持續(xù)時間以及探測器極間電容有關(guān)。一般小于200ns。電流靈敏前置放大器要求：電路中的運算放大器為快放大器，頻帶足夠?qū)挘^渡過程足夠快。這樣有利于保持快的時間信號。為了避開信號傳輸中電纜不匹配造成的信號反射，要求在其連接處阻抗要匹配。在實際電路中通常為50。由帶有電阻負反響的快放大器組成。iD(t)-+io(t)=R1

iD(t)tWR1A探測器和放大器距離要足夠短，避開震蕩探測器和放大器之間距離不得不加大的話，必需考慮阻抗匹配-高壓+-前放種類特點應(yīng)用注意事項電壓靈敏前放VoM=Q/Ci電壓幅度穩(wěn)定性較差慢計數(shù)系統(tǒng)、能量分辨要求較低的能譜測量系統(tǒng)電荷靈敏前放VoM=Q/Cf電壓幅度穩(wěn)定性較好能量分辨要求較高的能譜測量系統(tǒng)電流靈敏前放V(t)=Ri(t)電壓波形與探測器電流相同快計數(shù)系統(tǒng)、時間測量系統(tǒng)系統(tǒng)的時間分辨本領(lǐng)除了與所用探測器有關(guān)外，前放的噪聲也必須加以考慮。一般情況下，前放上升時