電荷靈敏放大器

電荷靈敏放大器第1頁，共19頁，2023年，2月20日，星期一前置放大器的作用1、提高系統(tǒng)的信噪比 緊靠探測(cè)器構(gòu)成探頭，這樣減少了探測(cè)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(hào)經(jīng)電纜傳送時(shí)的外界的影響。前置放大器與探測(cè)器在一起具有良好的屏蔽，可以抑制外界的干擾。就是信號(hào)經(jīng)過前置放大器后，信號(hào)已經(jīng)放大，影響相對(duì)較小。第2頁，共19頁，2023年，2月20日，星期一前置放大器的分類1、積分型放大器特點(diǎn)：輸出信號(hào)的幅度正比于輸入電流對(duì)時(shí)間的積分。有輸出信號(hào)的幅度正比于探測(cè)器輸出的總電荷量。2、電流型放大器特點(diǎn)：即電流靈敏前置放大器，與探測(cè)器的電流輸出一致。電流信號(hào)快，但是容易受到放大器頻帶的限制。第3頁，共19頁，2023年，2月20日，星期一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(cè)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4頁，共19頁，2023年，2月20日，星期一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(hào)的穩(wěn)定值。輸入電荷為：考慮到第5頁，共19頁，2023年，2月20日，星期一有上式可以得到輸出信號(hào)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(shí)候如果滿足有：可以得到：當(dāng)A足夠大的時(shí)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6頁，共19頁，2023年，2月20日，星期一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(cè)器的漏電流噪聲，電阻的熱噪聲，場(chǎng)效應(yīng)管的溝道噪聲，場(chǎng)效應(yīng)管的閃爍噪聲并聯(lián)噪聲指的是與信號(hào)源并聯(lián)的噪聲。同樣，串聯(lián)噪聲源指的就是與信號(hào)并聯(lián)的噪聲源第7頁，共19頁，2023年，2月20日，星期一2、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(jì)。第8頁，共19頁，2023年，2月20日，星期一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(jì)中的要求： 第一級(jí)放大器根據(jù)探測(cè)器的電容值大小進(jìn)行選定：在探測(cè)器的電容大的時(shí)候用多支場(chǎng)效應(yīng)管并聯(lián)，在探測(cè)器的電容小的時(shí)候接單支場(chǎng)效應(yīng)管。第9頁，共19頁，2023年，2月20日，星期一電荷靈敏前置放大電路2、光反饋電荷靈敏前置放大器 對(duì)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10頁，共19頁，2023年，2月20日，星期一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(chǎng)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(chǎng)效應(yīng)源，漏極之間的電壓控制。第11頁，共19頁，2023年，2月20日，星期一電荷靈敏前置放大器主要特點(diǎn)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(shí)間5、輸入阻抗第12頁，共19頁，2023年，2月20日，星期一噪聲 探測(cè)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(cè)器的電容相關(guān)。 噪聲的指標(biāo)分兩項(xiàng)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(cè)器和電容的時(shí)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13頁，共19頁，2023年，2月20日，星期一2、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(shí)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(shí)，得到：變換增益也可以定義為電壓幅度與探測(cè)器入射粒子能量的比值，可以得到：第14頁，共19頁，2023年，2月20日，星期一3、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(cè)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(shí)間上升時(shí)間與放大器本身的上升時(shí)間，探測(cè)器的電流脈沖時(shí)間一級(jí)探測(cè)器的級(jí)間電容的時(shí)間有關(guān)。 其定義為：前置放大器在輸入沖擊電流的時(shí)候，輸出電壓的上升時(shí)間。第15頁，共19頁，2023年，2月20日，星期一5、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16頁，共19頁，2023年，2月20日，星期一信噪比信噪比又稱為訊噪比，是信號(hào)的有用成份與雜音的強(qiáng)弱對(duì)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(hào)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17頁，共19頁，2023年，2月20日，星期一噪聲的測(cè)量1、根據(jù)噪聲對(duì)信號(hào)幅譜的展寬測(cè)量噪聲原理：等幅度的輸入待測(cè)裝置的時(shí)候，其輸入的信號(hào)幅度譜的半高寬度相當(dāng)于噪聲