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文檔簡介
第二章前置放大器
內(nèi)容提要
§1.概述
一.前置放大器的作用
二.前放的分類(按與配的探測(cè)器分類略)
§2.電荷靈敏前放
一.主要特征
二.電荷靈敏前放基本電路和實(shí)例分析
三.電荷靈敏前放噪聲分析和抑制措施
四.電荷靈敏前放的改進(jìn)(略)
五.電荷靈敏前放噪聲的實(shí)驗(yàn)測(cè)量
§3.電壓(靈敏)前置放大器
§4.電流(靈敏)前置放大器(快前置放大器)
§1.概述
一.前置放大器的作用
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。
1.提高系統(tǒng)的信噪比圖2.1.1
(前放緊靠探測(cè)器,傳輸線短,分布電容Cs減小,提高了信噪比)
2.減少外界干擾的相對(duì)影響圖2.1.2
(信號(hào)經(jīng)前放初步放大.)
3.合理布局,便于調(diào)節(jié)與使用
(前放為非調(diào)節(jié)式,主放放大調(diào)節(jié)倍數(shù)、成形常數(shù))
4.實(shí)現(xiàn)阻抗轉(zhuǎn)換和匹配
(前放設(shè)計(jì)為高輸入阻抗,低輸出阻抗)
BACK
二.前放的分類(按與配的探測(cè)器分類略)
按探測(cè)器輸出信號(hào)成形方式的特點(diǎn)分類:
1.電壓靈敏前放(電壓放大器)圖2.1.3
Ci=CD+CS+CA
VoM∝ViM∝Q
2.電荷靈敏前放(帶有電容負(fù)反饋的電流積分器)圖2.1.4
Cf穩(wěn)定VOM穩(wěn)定
3.電流靈敏前放(電流前放,并聯(lián)反饋電流放大器)圖2.1.5
1,2用于能譜測(cè)量,3用于時(shí)間測(cè)量.
§1習(xí)題(P56—57):2.1§2.電荷靈敏前放
輸出增益穩(wěn)定、噪聲低、性能良好
一.主要特征
1.變換增益(電荷靈敏度)
能量變換增益
2.輸出穩(wěn)定性
令F=Cf/(Ci+Cf)≈Cf/Ci
若A0>>1,A0F>>1。
A0F足夠大時(shí),穩(wěn)定。
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Qδ(t)時(shí)上升時(shí)間(10%-90%VOM時(shí)間),101ns級(jí)
5.計(jì)數(shù)率效應(yīng):堆積,輸出動(dòng)態(tài)范圍,最高計(jì)數(shù)率問題。
圖2.2.2
圖2.2.3
圖2.2.4
BACKBACK二.電荷靈敏前放基本電路和實(shí)例分析
圖2.2.5
1.電路分析(輸入級(jí)T1;放大級(jí)T2;輸出級(jí)T3、T4)
偏壓及濾波;測(cè)試;反饋
正反饋R6C7改變輸出脈沖上升時(shí)間;退耦LC、RC。
2.定量估算
(1)開環(huán)增益A0
v0≈ve3≈ic2Ra2=-ic1Ra2=-gmviRa2
A0=|VOM/ViM|=gmR’a2=gmRa2/(1-A3)≈3000倍
(2)上升時(shí)間
tr0=2.2Ra2Ca2/(1+A0F)≈2.2Ca(Ci+Cf)/(gmCf)≈22ns
圖2.2.6
BACK
BACK三.電荷靈敏前放噪聲分析和抑制措施
1.前放串聯(lián)噪聲和并聯(lián)噪聲(圖2.2.7)
噪聲源:探測(cè)器漏電流ID噪聲、電阻RD熱噪聲、場效應(yīng)管柵極電流Ig噪聲、場效應(yīng)管溝道熱噪聲、場效應(yīng)管閃爍噪聲、反饋電阻熱噪聲。
(1)并聯(lián)電流噪聲源(di2)
(2)串聯(lián)電壓噪聲源(dv2)
di2=(ωCΣ)2dv2的證明圖2.2.8
2.a噪聲和b噪聲和c噪聲(頻率的依賴關(guān)系)
a噪聲—與ω2成正比的并聯(lián)電流噪聲;b噪聲—無關(guān)
c噪聲—與ω成正比的輸入并聯(lián)電流噪聲。
輸入總并聯(lián)電流噪聲:
輸出總電壓噪聲:
=(a2+b2/ω2+c2/ω2)dω
3、降噪措施
(1)輸入級(jí)采用低噪器件
(2)運(yùn)用低溫
(3)減小冷電容CΣ
(4)反饋電阻Rc和探測(cè)器負(fù)載電阻RD.
四.電荷靈敏前放的改進(jìn)(略)
圖2.2.10
圖2.2.11
圖2.2.12
圖2.2.13
五.電荷靈敏前放噪聲的實(shí)驗(yàn)測(cè)量
1.噪聲對(duì)信號(hào)幅度譜的展寬測(cè)量噪聲
圖2.2.14FWHMNE=(FWHMx)(E2-E1)/(x2-x1)
2.示波器、寬頻帶電壓表測(cè)噪聲
FWHMNV=2.36Vn0
Vn0:輸出均方根值
§2習(xí)題(P56—57):
2.22.42.6
BACK§3.電壓(靈敏)前置放大器
一般電路的形式圖2.3.1
A=v0/vi=(R2+R1)/R1
采用FET作輸入極的電壓靈敏前放圖2.3.2
電壓前放的一個(gè)實(shí)例圖2.3.3
BACK§4.電流(靈敏)前置放大器(快前置放大器)
電荷/電壓靈敏前置放大器圖2.4.1
低噪聲電流的前置放大器圖2.4.2
AI=I0/Ii=Rf/RLRf較小
特點(diǎn):
(1)快響應(yīng),可獲得時(shí)間信息。
(2)可遠(yuǎn)距離傳輸。
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