电荷灵敏放大器.ppt

电荷灵敏放大器,罗耀耀,前置放大器的作用,1、提高系统的信噪比紧靠探测器构成探头，这样减少了探测器与前置放大器的分布电容（减少了由导线造成的分布电容。）2、减小信号经电缆传送时的外界的影响。前置放大器与探测器在一起具有良好的屏蔽，可以抑制外界的干扰。就是信号经过前置放大器后，信号已经放大，影响相对较小。,前置放大器的分类,1、积分型放大器特点：输出信号的幅度正比于输入电流对时间的积分。有输出信号的幅度正比于探测器输出的总电荷量。2、电流型放大器特点：即电流灵敏前置放大器，与探测器的电流输出一致。电流信号快，但是容易受到放大器频带的限制。,电荷灵敏前置放大器,课本P105（核电子学），可以知道在反馈电容上和输入端的总电容电荷量和探测器所采集到输出的总电荷量相等。由于增益A足够大，则电量主要集中在反馈电容上，有：由于输出的幅度反映了输入电荷的大小，且与输入电容无关，顾称之为电荷灵敏前置放大器。,电荷灵敏前置放大器,工作原理如图5-1-3(核电子学），可以得到：,式子中为输入信号的稳定值。输入电荷为：考虑到,有上式可以得到输出信号的稳定值：,是电荷灵敏放大器的低频输入等效输入电容，当时候如果满足有：可以得到：当A足够大的时候只要保持反馈电容不变，不管输入电容和增益是否增大，其放大倍数都是稳定的了。,电荷灵敏前置放大器的噪声,1、串联噪声和并联噪声主要有探测器的漏电流噪声，电阻的热噪声，场效应管的沟道噪声，场效应管的闪烁噪声并联噪声指的是与信号源并联的噪声。同样，串联噪声源指的就是与信号并联的噪声源,2、a,b,c噪声a噪声：与频率的平方成正比的输入并联电流噪声b噪声：与频率无关的输入并联电流噪声c噪声：与频率成正比的并联电流噪声总结：a噪声是串联噪声，b噪声为并联噪声，c噪声比例很小，可以忽略不计。,电荷灵敏前置放大电路,1、阻容反馈电荷灵敏前置放大器在具体的设计中的要求：第一级放大器根据探测器的电容值大小进行选定：在探测器的电容大的时候用多支场效应管并联，在探测器的电容小的时候接单支场效应管。,电荷灵敏前置放大电路,2、光反馈电荷灵敏前置放大器对于阻容式前置灵敏放大器反馈电阻产生的噪声是最主要的因素之一，故可以采用除去反馈电阻的方法。但是有必须除去反馈电容不断积累的电荷。采取的方法：才用施密特触发器进行放电。,电荷灵敏前置放大电路,3、漏反馈电荷灵敏前置放大器也是利用场效应管的栅流使反馈电容放电。与光电反馈不同的是栅流的大小有场效应源，漏极之间的电压控制。,电荷灵敏前置放大器主要特点,1、噪声2、变换增益3、电压增益和输出电压稳定性4、上升时间5、输入阻抗,噪声探测器-前置放大器的噪声与系统的总电容相关，就是与探测器的电容相关。噪声的指标分两项给出：零电容噪声和噪声斜率。零电容噪声指的是前置放大器的固有噪声，即不带探测器和电容的时候。噪声斜率指的是前置放大器每增加1微法的电容噪声增加的量。,2、变换增益当电荷灵敏前置放大器输入一定量的电荷Q的时候。希望输出的电压幅度较大，即，称为变换增益或者电荷灵敏度，以表示当时，得到：变换增益也可以定义为电压幅度与探测器入射粒子能量的比值，可以得到：,3、电压增益和输出电压稳定性为了保证电荷灵敏前置放大器输出电压的幅度正比于探测器的输出电荷，则增益必须大。为了获得高电压增益，放大器的负载电阻必须大。4、上升时间上升时间与放大器本身的上升时间，探测器的电流脉冲时间一级探测器的级间电容的时间有关。其定义为：前置放大器在输入冲击电流的时候，输出电压的上升时间。,5、输入阻抗在阻容式反馈放大器中，低频阻抗决定于反馈电阻和电容。低频阻抗为：低频输入的电容是：,信噪比,信噪比又称为讯噪比，是信号的有用成份与杂音的强弱对比，常用分贝数表示。设备的信噪比越高表明它产生的杂音越少。信号幅度(或能量)与噪声幅度(或能量)之比，通常使用SNR、S/N表示，单位：分贝dB。,噪声的测量,1、根据噪声对信号幅谱的展宽测量噪声原理：等幅度的输入待测装置的