前置放大器资料

如下图电路，输入端R>>Z〔类似于电流源，VA=IZ〕，试对于RL=0、RL=Z、RL=三种状况分析并画出A点和B点的电压波形〔留意标明波形转换的时间和幅度变化值，设电缆的延迟时间为td〕。第一次作业输入为幅度为V的阶跃信号，试画出V+、V-、VO的波形。请推导闪烁探测器输出脉冲外形如则对两种状况进展争论：RC>>0RC<<0应推导如何得到V(t)：在复频域内对电路进展分析。在短时间区域，在足够长的时间区域，争论：(1)当RC>>0时，

脉冲前沿~

0，脉冲后沿~RC，Vmax

Q。在短时间区域，在足够长的时间区域，(2)当RC<<

0时，

上升时间~RC

，下降时间~

0

，Vmax

。RC>>

0RC<<

0RC电路对指数下降电压的响应〔留意=RC=i和=RCi两种状况〕下面分两种状况对输出脉冲进展分析：当=i时，当

i时，争论：当i时，输出电压有下冲〔反向电压〕。微分电路的输入和输出波形如下图下降时间常数由打算上升时间常数由i打算放大器的输入信号〔即前置放大器的输出信号〕有一个缓慢衰减的后沿〔一般为50s〕，微分后信号将具有一个与输入信号一样大时间常数的尾部。假设输入信号幅度超过正常范围上百倍、上千倍，过大的尾部使放大器长时间进入非线性区〔幅度过载，放大器的堵塞〕。从过载输出信号产生时刻起到其基线恢复到零的时间称为过载信号基线恢复时间。放大器发生过载要经过相当长的时间才能恢复。去除下冲，极零相消前置放大器核电子学中噪声小结噪声与干扰噪声：电子器件内部产生干扰：来自于外部散粒噪声与热噪声散粒噪声：载流子数目涨落热噪声：载流子热运动核电子学噪声的主要来源探测器的反向电流：1/f、散粒噪声〔工艺措施、低温〕前置放大器的第一级放大器—场效应管：热噪声〔低温〕这就是核辐射探测器经常使用LN2制冷或半导体制冷的原因，必要时把前置放大器的第一级放大电路也放在低温下。核电子学中信号的放大放大通常分为预放大〔由前置放大器完成〕和主放大〔由脉冲放大器完成〕。核探测器主放大器前置放大器辐射源（弱信号用双芯屏蔽电缆）信号屏蔽电缆线前置放大器的作用提高系统的信噪比；减小信号经由电缆传送时外界干扰的影响；主放大器通过长电缆与探头相连，主放大器本身和操作人员可以摆脱现场条件的限制；实现阻抗转换和匹配。前置放大器的分类电压灵敏前置放大器电荷灵敏前置放大器电流灵敏前置放大器积分型前置放大器电压灵敏前置放大器

其中放大器输入端总电容：Ci=CD+CA+CS放大器输入端总电阻：Ri=RL+RA+RCiRi足够大时

iD(t)CDCSCA-电压+放大器ViM=QCiVOM=AViM

Q探测器电压灵敏前置放大器Vo(t)Vi(t)tW电压灵敏前置放大器的特点只要放大器输入电阻足够大，电荷量一样，则前放输出电压脉冲幅度即一样。能量区分较差。输入总电容Ci与CD、CA、CS有关。当CD、CA、CS变化时，放大器输入端电压脉冲幅度也变化〔ViM=Q/Ci〕。电压灵敏前置放大器只适用于对输出电压脉冲幅度稳定性要求不高的低能量区分系统。+-RC

+高压沟通耦合：隔直电容100pF-1nF，远大于探测器本身电容CD脉冲尾部指数下降，放电时间由Ci*R//RL打算，约为10-100微秒。电缆阻抗匹配前放的上升时间与电荷收集时间和放大器的上升时间等有关，一般在几百ns左右。电荷灵敏前置放大器A0Cf>>Ci+Cf

则VoM

Q/CfVOM=Q/CfVo(t)iD(t)-+vo(t)CitWCf电荷灵敏前置放大器的特点只要Cf保持恒定不变，不管A0、Ci是否稳定，输出电压幅度VoM对输入电荷Q的“放大倍数”都是稳定的。阻容反响电荷灵敏前置放大器衰减时间常数：通常为50s〔与主放中极零相消电路时间常数的可调范围相协作〕。上升时间：由探测器电荷收集时间和放大器的上升时间等打算，不大于200ns。由于反响电阻的存在，所以电荷灵敏前置放大器的输出包括一个时间常数为RfCf的衰减局部。iD(t)-+vo(t)CitWCfVoM=Q/CfVo(t)Rf无反响电阻时有反响电阻时反响电阻释放电容上累积的电荷，稳定直流工作点，但是输出脉冲有积存，且是噪声的主要来源之一。光反响电荷灵敏前置放大器利用脉冲光电反响，释放电容上不断积存的电荷。通过这个方法可以获得大约100eV的能量区分率iD(t)=Q(t)VoCf微分与选通VSVo

电荷灵敏前放LEDIL电压甄别器VT+VoVT-VSILVo

QCf工作时间恢复时间电荷灵敏前置放大器的主要特性噪声变换增益输出电压的稳定性上升时间噪声在高区分的能谱测量中，电荷灵敏前放的噪声是能谱仪系统噪声的一个重要组成局部。它的大小由输入级场效应管、输入端总电容〔反响电容、探测器电容等〕、输入阻抗和输入端漏电流打算。FWHM(Ge)=1keV+0.03keV/PFC〔3s〕阻容反响，零电容噪声约几百eV，光反响可小到100eV；对于半导体能谱仪用的前置放大器，噪声斜率一般为十几至几十eV/pF。在电荷灵敏前放中，输出电压脉冲幅度为变换增益在A0>>1时，输出电压脉冲幅度与输入电荷和反馈电容有关。定义变换增益为

当Cf小时，变换增益大，但要求Cf有良好的稳定性。对于硅探测器，W=3.6eV，当Cf为1pF时，ACE等于44mV/MeV。与仅用半导体探测器在10pF电容上输出约为4.8mV/MeV相比较，可以看出，探测器输出信号幅度经过前置放大器后要大一个量级，相对于毫伏量级的一般干扰而言，前置放大器输出信号的抗干扰能要强得多了。输出电压的稳定性当A0>>1时则Ci

、A0分别变化时，有其中，F=Cf/(Cf+Ci)=Cf/Ci称为反响系数。A0F为反响深度。深度负反响时〔A0F>>1〕上升时间前放输出信号的上升时间与前放本身〔放大器的上升时间，一般不超过几十纳秒〕的上升时间、探测器电流脉冲持续时间以及探测器极间电容有关。一般小于200ns。电流灵敏前置放大器要求：电路中的运算放大器为快放大器，频带足够宽，过渡过程足够快。这样有利于保持快的时间信号。为了避开信号传输中电缆不匹配造成的信号反射，要求在其连接处阻抗要匹配。在实际电路中通常为50。由带有电阻负反响的快放大器组成。iD(t)-+io(t)=R1

iD(t)tWR1A探测器和放大器距离要足够短，避开震荡探测器和放大器之间距离不得不加大的话，必需考虑阻抗匹配-高压+-前放种类特点应用注意事项电压灵敏前放VoM=Q/Ci电压幅度稳定性较差慢计数系统、能量分辨要求较低的能谱测量系统电荷灵敏前放VoM=Q/Cf电压幅度稳定性较好能量分辨要求较高的能谱测量系统电流灵敏前放V(t)=Ri(t)电压波形与探测器电流相同快计数系统、时间测量系统系统的时间分辨本领除了与所用探测器有关外，前放的噪声也必须加以考虑。一般情况下，前放上升时