第二章前置放大器汇总
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前置放大器工作原理
电荷灵敏前置放大器典型电路
一．工作原理：
半导体探测器D经过负载电阻由高压电源供电。
Ｃ为隔直流电容。
R f用来释放C f上积累的信号电荷，并提供直流负反馈以稳定电路的直流工作点。
Ra表示T2管的等效动态负载电阻(主要决定于虚线框内恒流源的内阻和T2管集电极输出电阻)
二．电路的特点
(1)T1管的等效负载小，所以第一级的电压放大倍数、输入电容小，开环输入端总电容也就较小。
因此，电路容易满足所要求的条件。
（共基放大器输入电阻小，频率特性好）。
(2)上升时间小，反馈深度大，稳定性好。
第二章前置放大器
HOME
反馈框图：
实际被放大信号
输入
叠加
±
反馈信 号
放大器 反馈网络
开环 输出
闭环
取+ 加强输入信号 正反馈 用于振荡器
取 - 削弱输入信号 负反馈 用于放大器
负反馈的作用：稳定静态工作点；稳定放大倍数；提 高输入电阻；降低输出电阻；扩展通频带。
HOME
负反馈框图： 差值信号
Xi +
Xd
5
• 3.合理布局，便于调节和使用 • (前放为非调节式,主放放大调节倍数、
成形常数) • 4.实现阻抗转换和匹配
(前放设计为高输入阻抗,低输出阻抗)
6
信号的预放大
探测器和前放的等效电路
从放大器输入端看的输入电容
Ci=CD+CS+Cai
放大器输入端电压（忽略RD)
vi
(t)
1 Ci
t
0 iD (t)dt
输入信号
– Xf
反信号
基本放大 电路Ao
反馈回路F
Xo
输出信号
开环放大倍数
Ao
Xo Xd
差值信号 Xd Xi Xf
闭环放大倍数
AF
Xo Xi
反馈系数
F
Xf Xo
HOME
Xi +
Xd
– Xf
基本放大 电路Ao
反馈回路F
负反馈放大器的一般关系：
Xo
反馈深度
系。
12
• 应该注意以下几点：
（1）与反馈电容并联的电阻起到泄放上电荷的作用，一 般取值为108—109Ω，太小了会增加噪声，太大了起 不到泄放作用。另一个作用是产生直流负反馈以稳定 放大器直流工作点。
反馈框图：
实际被放大信号
输入
叠加
±
反馈信 号
放大器 反馈网络
开环 输出
闭环
取+ 加强输入信号 正反馈 用于振荡器
取 - 削弱输入信号 负反馈 用于放大器
负反馈的作用：稳定静态工作点；稳定放大倍数；提 高输入电阻；降低输出电阻；扩展通频带。
HOME
负反馈框图： 差值信号
Xi +
Xd
5
• 3.合理布局，便于调节和使用 • (前放为非调节式,主放放大调节倍数、
成形常数) • 4.实现阻抗转换和匹配
(前放设计为高输入阻抗,低输出阻抗)
6
信号的预放大
探测器和前放的等效电路
从放大器输入端看的输入电容
Ci=CD+CS+Cai
放大器输入端电压（忽略RD)
vi
(t)
1 Ci
t
0 iD (t)dt
输入信号
– Xf
反信号
基本放大 电路Ao
反馈回路F
Xo
输出信号
开环放大倍数
Ao
Xo Xd
差值信号 Xd Xi Xf
闭环放大倍数
AF
Xo Xi
反馈系数
F
Xf Xo
HOME
Xi +
Xd
– Xf
基本放大 电路Ao
反馈回路F
负反馈放大器的一般关系：
Xo
反馈深度
系。
12
• 应该注意以下几点：
（1）与反馈电容并联的电阻起到泄放上电荷的作用，一 般取值为108—109Ω，太小了会增加噪声，太大了起 不到泄放作用。另一个作用是产生直流负反馈以稳定 放大器直流工作点。
《核电子学》课件——前置放大器
R
iD(t)
C
ViM
+ A
-
RL
R1
Z0
VoM
ViM
R1 R2 R1
RL R RL R
Ci
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。
脉冲尾部指数下降，放电时间由CiR//RL决定，约为10-100微秒。
电荷灵敏前置放大器
tW iD(t)
Cf
-
vo(t)
A
+
Ci
散粒噪声、热噪声和低频噪声（又称1/f 噪声）。
在电子器件中，载流子产生和消失的随机性， 使得流动着的载流子数目发生波动，有时多些， 有时少些，由此引起的电流瞬时涨落称为散粒噪声。
热噪声是载流子做热运动产生的一种噪声。
低频噪声即1/f 噪声，又名闪变噪声或过量噪声， 其噪声电压随频率的降低而增大。
散粒噪声和热噪声的比较
探测器中的漏电流噪声
半导体探测器的漏电流主要由三部分组成：
•结周围产生的漏电流：如半导体表面吸附原子后形成
的表面电荷会引起漏电流，这种电流产生显著的低频噪声。
但是，通过表面纯化和采用保护环结构，这种噪声可大大降低。
•P区和N区少数载流子向结区扩散而形成的反向电流 •结区内因热激发产生的电子—空穴对所造成的反向电流
Vn 2
lim
T
1 T
T
Vn2 (t)dt
0
信噪比
能量E 辐射源
探测器
输入信号电压Vi
放大器
等效噪声电压 （放大倍数A）
Vo
(ENV)
Vno
信噪比—噪声对测量精度的影响，常用信号幅度和噪
声均方根值的相对值来表示：
音频前置放大器电路图大全（八款音频前置放大器电路设计原理图详解）
音频前置放大器电路图大全（八款音频前置放大器电路设计原理图详解）音频前置放大器电路图（一）在本设计中，前置放大器的增益控制采用直流音量控制方式，其具体实现如图1所示。
前置放大器是由全差分运放和电阻构成的反相比例放大器，其增益由反馈电阻与输人电阻的比值决定。
外部输人的直流模拟控制信号Vc，经过增益控制模块（GainCon-troD转换成控制数据，此数据用来控制前置放大器的反馈电阻与输人电阻的比值，进而调节增益的变化。
运算放大器采用两级级联结构，如图2所示图。
第一级采用PMOS输人的折叠式共源共栅放大器提供大增益，同时增加输人共模范围，减小闪烁噪声，折叠输人管的负载采用带源极反馈结构的电流源负载，增加输出阻抗，减小噪声。
第二级采用共源放大器提供大摆幅。
为保持闭环的稳定性，加人密勒补偿电容，同时，为了抵消右半平面零点的影响，在补偿电容的前馈通路中插人与补偿电容串联的调零电阻。
在共模反馈电路的设计中，采用有电阻分配器和放大器的共模反馈结构。
音频前置放大器电路图（二）拾音器的前置放大器电路图音频前置放大器电路图（三）如图所示。
本音频信号放大器主要用于频带为300Hz～3400Hz 范围内，它可广泛用于通讯机中的公务联络，也可用于小型音响、收录机、收音机放大，以及其它音频故障接收信号。
工作原理电路原理如图所示。
本放大器由三极管VT1、VT2、VT3、变压器T1、T2及相关元件组成。
微弱的信号ui由输入变压器T1，感应的信号送到前置放大器VT1的基极进行放大，其集电极将放大信号送到变压器T2，T2的作用能使单端变成双端，则T2的次级绕制的两组分别送至由三极管VT2和VT3组成的单端推换式放大电路，工作于甲乙类状态。
经耦合电容C5、C6送到扬声器BL，BL发出放大后的音频信号。
音频前置放大器电路图（四）音频前置放大器电路图（五）前置放大器电路如下图所示，采用A运算放大器作音频前置放大电路。
其优点是体积小、噪音低、功耗小、一致性较好。
第二章 生物电前置放大器
结论：共模增益Ac1=0 ，放大器的CMRR = ∞
实际情况： （1） CMRR 不可能 ∞；CMRRD （2） 电阻精度，CMRRR
22
影响差动放大器共模抑制能力的因素
1、由电阻失配所造成的CMRRR
Ad 1 + Ad CMRRR = = Ac 4
23
2、由定义可知，CMRRD即开环差动增益Ad’与 共模增益Ac’之比：
15
1.2 生物电前置放大器工作原理
低噪声低漂移
措施： 差动输入形式
电路对称结构，严格挑选器件
采用调制式直流放大器
设置“复零”电路，将基线在特殊情况下 复零
16
1.2 生物电前置放大器工作原理
设置保护电路
放大器输入保护(保护电路本身)
人体安全保护：输入端的电流电压必须在安全水平；
Ad ' CMRRD = Ac '
3、器件本身共模抑制比CMRRD对总共模抑制比 CMRR影响
Ad CMRRD CMRRR CMRR = = Ac CMRRD + CMRRR
24
1.2 生物电前置放大器工作原理
影响CMRR因素：
放大电路闭环增益
外电路电阻匹配精度 放大器件本身 CMRRD
6
1.1 生物信号基本特征
3、噪声强
噪声是指其它信号对所研究对象信号的干扰。
如电生理信号总是伴随着由于肢体动作、精神紧张等带来 的干扰，而且常混有较强的工频干扰；
诱发脑电信号中总是伴随着较强的自发脑电；从母腹取到
的胎儿心电信号常被较强的母亲心电所淹没。
交流电、电子元器件噪声干扰。
(第二章)前置放大器
目
的
与
要
求
§1 概述
一、前置放大器的作用
信号的放大：在谱仪读出系统中，以及其他核辐射测量时，要对探 测器输出信号进行处理，包括对所获取的信号进行放大、成形、甄 别、变换，分析、记录等等。由于探测器输出的信号往往比较小， 一般情况下，都首先要通过放大器放大后再进行测量。所以，信号 的放大是核电子学信号处理的一个必要部分。 减少干扰，提高信噪比：在实际测量中，探测器附近总有一定的辐 射剂量存在，工作人员必须远离辐射现场来操作测量仪器。为了减 少探测器输出端到放大器输入端之间的分布电容的影响，减少外界 干扰，提高信噪比，并使连接信号用的高频电缆阻抗相应匹配，通 常把放大器分成前臵放大器和主放大器两部分。前臵放大器又称为 预放大器，它的体积较小，放臵在探测器附近，前臵放大器的输入 与探测器相配合，甚至有时前臵放大器紧靠着探测器，组装在一个 结构中，称之为“探头”，其输出端再经过高频电缆与主放大器相 连。在测量过程中，前臵放大器的参数一般很少变动，而由后面的 主放大器来作放大倍数和成形时间常数的调节。
ACQ VOM Q
，从物理实验的角度看，希望其变换增益越
15
大越好。
在电荷灵敏前臵放大器的实际电路中，反馈电容跨接于放大器的反相 输入端和输出端之间，起着负反馈作用，放大器采用高增益宽带运算 放大器，通常输入阻抗很高，输出阻抗很小，开环增益 A0 很大，并 且输入端处于“虚地”方式。 把反馈电容 C f ，等效到输入端，由于 密勒效应，总的输入电容为 C i f C i ( 1 A 0 ) C f 。
Cf
A o
Vom
Q Cf
vo (t )
C i f C i (1 A o ) C
前置放大器资料课件
频率响应问题
总结词
频率响应问题是指前置放大器对不同频率信号的放大能 力不一致，导致输出信号的频率失真。
详细描述
频率响应问题可能是由于电路设计、元件参数、工作环 境等因素引起的。为了解决频率响应问题，可以调整电 路参数、优化元件搭配、改善工作环境等方法。
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前置放大器资料课件
目录 CONTENTS
• 前置放大器概述 • 前置放大器的组成与元件 • 前置放大器的性能指标 • 前置放大器的应用 • 前置放大器的常见问题与解决方案
01
前置放大器概述
定义与作用
定义
前置放大器是一种电子设备，用 于放大微弱的电信号，以便进一 步处理或传输。
作用
前置放大器在信号处理过程中起 着至关重要的作用，它能够提高 信号的幅度和信噪比，从而改善 信号质量。
特点
前置放大器具有高灵敏度、低噪声、 宽动态范围等特点，能够适应各种不 同的应用场景。
02
前置放大器的组成与元件
输入部分
总结词
输入部分是前置放大器的起始端，负责接收微弱的信号。
详细描述
输入部分通常包括输入变压器或场效应管，用于将信号从外 部源传入前置放大器，同时起到阻抗匹配的作用，以减小信 号的损失。
输出电阻
总结词
输出电阻反映了前置放大器输出信号的带负 载能力，是衡量前置放大器性能的重要指标 。
详细描述
输出电阻是指前置放大器输出端的电阻抗， 通常用兆欧（MΩ）或千欧（kΩ）表示。输 出电阻越小，说明前置放大器输出信号的带 负载能力越强，能够驱动更多的负载。
通频带
总结词
通频带反映了前置放大器对不同频率信号的放大能力，是衡量前置放大器性能的重要指标。
RF前置放大电路基础知识
4.PDIC的整合方法
(1)分散式(Discrete): 即PD與TIA是使用不同的製程,分開包裝.這 種做法有幾個缺點: (A)雜訊大; (B)頻寬低 且容易受寄生電容與電感影響; (C)包裝成 本高; (2)混合式(Hybird): 即PD與TIA使用不同的製程,單一包裝.缺點 是包裝難度高,且耗時. (3)單一晶片(Monolithic): PD與TIA相同製程,單一包裝.缺點是必須提 高製程的複雜度或者降低感光二極體與積體 電路其中一個的效能.取頭主光束信號照射到四分光檢器, 由光感測得到的信號送到前置放大器內 的聚焦誤差偵測器做運算后,再輸出聚焦 誤差信號到DVD-ROM控制器做聚焦調整, 使聚焦誤差控制在容許范圍內.
3.循跡信號(TE)
A. DVD的循跡誤差信號的產生釆用DPD TE,其方法為光學讀取頭主光束照射到 四分光感測器,由光感測器得到的信號 送到前置放大器內的循跡誤差偵測器, 將信號的相位檢測出來,再輸出DVD的 循跡誤信號到DVD-ROM控制器做循跡 調整,使DVD的循跡誤差控制在容許范 圍內.
RF前置放大電路方塊圖
二.PDIC簡介
PDIC的縮寫(Photodiode Integrated Circuits) 1.PDIC的規格 一般而言,一個PDIC所開出來的規格通常包 括以下幾項: 敏感度(Sensitivit) 截止頻率(cut-off frequency) 輸出頻率(output noise) 電位漂移(offset) 群延遲(Group delay).
B. CD的循跡誤差信號的產生釆用3-beam TE, 其方法是光學讀取頭產生的兩道副光束照射 到光感測器E,F,由光感測器得到的信號送到 前置放大器內CD的循跡伺服誤差偵測器做 運算后,再輸出CD的循跡誤差信號到DVDROM控制器做循跡調整,使CD的循跡誤差控 制在容許范圍內. * 前置放大器內部有一道開關可切換做CD或 DVD的循跡誤差偵測器.
前置放大器原理及应用.
·117·前置放大器原理及应用1.1 概述1.1.1 前置放大器的作用前置放大器的主要作用如下：第一、提高系统的信噪比。
第二、减小信号经电缆传送时外界干扰的影响。
图1-l-l 核辐射测量中探测器一放大器系统的连接方式（a ）前置放大器与主放大器之间用一般电缆连接（b ）前置放大器与主放大器之间用双芯电缆连接。
图中Z 0为电缆的特性阻抗，R =Z 01.1.2 前置放大器的分类大致可以分为两类。
一类是积分型放大器，包括电压灵敏前置放大器和电荷灵敏前置放大器，它的输出信号幅度正比于输入电流对时间的积分，即输出信号的幅度和探测器输出的总电荷量成正比。
另一类是电流型放大器，亦即电流灵敏前置放大器，它的输出信号波形应与探测器输出电流信号的波形保持一致；电压灵敏前置放大器实际上就是电压放大器，如图1-1-2所示。
图中i i 为探测器输出的电流信号，w t 为信号持续时间，⎰=wt i dt i Q 0为每个电流信号携带的总电荷量，D C 、·118· A C 、s C 分别为探测器的极间电容、放大器的输入电容和输入端的分布电容，输入端总电容s A D i C C C C ++=。
假设放大器是输入电阻极大的电压放大器，则输入电流信号i i 在输入端总电容i C 上积分为电压信号i v ，其幅度iM V 等于i C Q /与Q成正比。
输入电压信号i v ，由电压放大器进行放大，因此；输出电压信号的幅度oM V 也与Q 成正比。
图1-1-2电路中，输入端总电容i C 决定于D C 、A C 和s C 它们不是稳定不变的。
例如，放大器输入电容A C 可能由于输入级增益不稳定而变化，使用P-N 结半导体探测器时，如偏压不稳定，则其结电容D C 将发生变化等等，这时i C 也就随之变化。
当i C 不稳定时，输出电压幅度oM V 也不稳定。
所以图1-1-2这种电压灵敏前置放大器一般只适于稳定性要求不高的低能量分辨率系统。
第二章前置放大器.
第二章前置放大器
内容提要
§1. 概述 一.前置放大器的作用 二.前放的分类(按与配的探测器分类略) §2. 电荷灵敏前放 一.主要特征 二.电荷灵敏前放基本电路和实例分析 三.电荷灵敏前放噪声分析和抑制措施 四.电荷灵敏前放的改进（略） 五.电荷灵敏前放噪声的实验测量 §3. 电压(灵敏)前置放大器 §4. 电流（灵敏）前置放大器（快前置放大器）
13
3.电流灵敏前放(电流前放,并联反馈电流放大器)图2.1.5
1,2用于能谱测量, 3用于时间测量.
§2. 电荷灵敏前放 输出增益稳定、噪声低、性能良好 一．主要特征 1.变换增益(电荷灵敏度)
ACQ
iD ( t )dt VOM AO ViM 0 A Q Q QCif
A0 Q Q 1 1 Q C i (1 A0 )C f C f Q C f
11
作拉氏反变换 Q v0 t u t C Cf A C 当A 1时， C f A Q v0 t u t Cf V0 mu t V0 m Q C f
另外，从放大器的输入端看：由于密勒 效应，电容相当于被放大了（1+A)倍 C if = Ci + (1+A)Cf 原电路可以等效成
vi (t )
Ci
i
0
D
(t )dt7前置放大器的源自类•I.
在时间和能量测量系统中，前置放大器分别侧重于保 留信号的不同特点，可以分为两大类：
积分型放大器
电压灵敏前置放大器
对探测器信号先积分再放大
电荷灵敏前置放大器
II.
放大和积分同时进行 电流型放大器
电流灵敏前置放大器 保留输入电流信号的形状特征
内容提要
§1. 概述 一.前置放大器的作用 二.前放的分类(按与配的探测器分类略) §2. 电荷灵敏前放 一.主要特征 二.电荷灵敏前放基本电路和实例分析 三.电荷灵敏前放噪声分析和抑制措施 四.电荷灵敏前放的改进（略） 五.电荷灵敏前放噪声的实验测量 §3. 电压(灵敏)前置放大器 §4. 电流（灵敏）前置放大器（快前置放大器）
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3.电流灵敏前放(电流前放,并联反馈电流放大器)图2.1.5
1,2用于能谱测量, 3用于时间测量.
§2. 电荷灵敏前放 输出增益稳定、噪声低、性能良好 一．主要特征 1.变换增益(电荷灵敏度)
ACQ
iD ( t )dt VOM AO ViM 0 A Q Q QCif
A0 Q Q 1 1 Q C i (1 A0 )C f C f Q C f
11
作拉氏反变换 Q v0 t u t C Cf A C 当A 1时， C f A Q v0 t u t Cf V0 mu t V0 m Q C f
另外，从放大器的输入端看：由于密勒 效应，电容相当于被放大了（1+A)倍 C if = Ci + (1+A)Cf 原电路可以等效成
vi (t )
Ci
i
0
D
(t )dt7前置放大器的源自类•I.
在时间和能量测量系统中，前置放大器分别侧重于保 留信号的不同特点，可以分为两大类：
积分型放大器
电压灵敏前置放大器
对探测器信号先积分再放大
电荷灵敏前置放大器
II.
放大和积分同时进行 电流型放大器
电流灵敏前置放大器 保留输入电流信号的形状特征
《前置放大器》课件
未来趋势预测：未来前置放大器将 更加智能化、数字化和集成化，满 足更高要求的应用场景。
添加标题
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技术创新推动：技术创新不断推动 前置放大器的发展，提高性能和降 低成本。
市场竞争激烈：市场竞争激烈，各 大厂商都在努力提高产品质量和技 术水平，以赢得市场份额。
THANKS
汇报人：PPT
Part Four
前置放大器性能指 标
增益与噪声
增益：放大器对输入信号 的放大倍数
噪声系数：衡量放大器噪 声性能的重要指标
信噪比：信号与噪声之间 的比值
动态范围：放大器能够处 理的信号范围
线性度与失真度
线性度定义：描述 放大器输出电压与 输入电压之间比例 关系的指标
线性度与失真度的 关系：线性度越高， 失真度越低
其他领域应用
音频领域：用 于放大声音信 号，提高音质
和音量
视频领域：用 于放大视频信 号，提高图像 清晰度和色彩
饱和度
医疗领域：用 于放大生物信 号，提高检测 准确性和灵敏
度
工业领域：用 于放大传感器 信号，提高测 量准确性和可
靠性
Part Six
前置放大器选型与 使用技巧
选型依据与原则
明确需求：根据应用场景和性能要求选择合适的前置放大器
定义与作用
作用：提高信号的信噪比，减小失真， 改善信号质量
单击此处输入你的正文，请阐述观点
分类与特点
分类：电压反馈型、电流反 馈型、跨阻型等
特点：放大信号、减小噪声、 提高信噪比等
Part Three
前置放大器工作原 理
信号输入与处理
信号输入：前置放大器接收来 自麦克风或其他传感器的信号
【精品】PPT课件 前置放大器共42页
45、法律的制为了 束缚他 的才能 。—— 罗伯斯 庇尔
前置放大
1、最灵繁的人也看不见自己的背脊。——非洲 2、最困难的事情就是认识自己。——希腊 3、有勇气承担命运这才是英雄好汉。——黑塞 4、与肝胆人共事，无字句处读书。——周恩来 5、阅读使人充实，会谈使人敏捷，写作使人精确。——培根
【精品】PPT课件 器
41、实际上，我们想要的不是针对犯 罪的法 律，而 是针对 疯狂的 法律。 ——马 克·吐温 42、法律的力量应当跟随着公民，就 像影子 跟随着 身体一 样。— —贝卡 利亚 43、法律和制度必须跟上人类思想进 步。— —杰弗 逊 44、人类受制于法律，法律受制于情 理。— —托·富 勒
前置放大器工作原理
在脉冲/率的降低。仔细调节RF滤波以及脉冲阻尼可有助于减小这种影响。
当使用前置放大器来补偿很长电缆线的信号传输损耗时，前置放大器必须位于电缆线探头的末端。
2．穿透，一发/一收，或双晶探头系统 对使用单独的发射和接收探头或双晶探头的系统，前置放大器连接在系统位于接收探头和测试仪器的输入口之间的接收器一侧。如果超声仪器有模式选择开关（单晶/双晶或脉冲/回波－穿透），则必须设置在双晶或穿透位置。
一般说明：
如上所述，无论什么时候使用前置放大器，测试仪器都需要设置在穿透、双晶、或pitch/catch模式，即使是在脉冲/回波设置下使用单晶探头的时候。
应用:
前置放大器在超声波检测，厚度测量,和其他的超声波测试和测量应用中的使用.
背景:
某些超声波应用需要为常规的探伤仪、测厚仪或其他设备添加一个独立的前置放大器，来提供足够的增益或提高宽频信噪比以优化回波的采集.这种情况在工业应用中是时有发生的，这包括检测很高的超声波衰减或散射的大厚度材料，如球墨铸铁、奥氏体钢，黄铜,青铜,橡胶，玻璃纤维或某些复合材料。在需要将低幅信号放大的声发射检测系统中，前置放大器是一个重要的组成部分。前置放大器也可用于补偿在探头和检测仪器之间由于极长电缆线导致的幅值衰减。以改善大的测试块的扫描的信噪比，在TOFD测试中用于放大小的尖端衍射信号。泛美-NDT前置放大器也可用于许多不同的研究应用中，如岩石与矿石的弹性模量测量、水或其他液体的泡沫或浮游生物的声散射、以及生物组织分析。总的来说，前置放大器几乎可用于任意一种为获得更好的性能而需要增加增益的应用中。
在某些情况下，一个高增益前置放大器输出可能会使某些超声仪器的输入电流过载，从而导致基线偏移以及非线性的幅度显示。仔细调整RF滤波器以及仪器增益有助于减小这种影响。在极端情况下，可在前置放大器输出和仪器接收器输入之间插入一个外部衰减器。
当使用前置放大器来补偿很长电缆线的信号传输损耗时，前置放大器必须位于电缆线探头的末端。
2．穿透，一发/一收，或双晶探头系统 对使用单独的发射和接收探头或双晶探头的系统，前置放大器连接在系统位于接收探头和测试仪器的输入口之间的接收器一侧。如果超声仪器有模式选择开关（单晶/双晶或脉冲/回波－穿透），则必须设置在双晶或穿透位置。
一般说明：
如上所述，无论什么时候使用前置放大器，测试仪器都需要设置在穿透、双晶、或pitch/catch模式，即使是在脉冲/回波设置下使用单晶探头的时候。
应用:
前置放大器在超声波检测，厚度测量,和其他的超声波测试和测量应用中的使用.
背景:
某些超声波应用需要为常规的探伤仪、测厚仪或其他设备添加一个独立的前置放大器，来提供足够的增益或提高宽频信噪比以优化回波的采集.这种情况在工业应用中是时有发生的，这包括检测很高的超声波衰减或散射的大厚度材料，如球墨铸铁、奥氏体钢，黄铜,青铜,橡胶，玻璃纤维或某些复合材料。在需要将低幅信号放大的声发射检测系统中，前置放大器是一个重要的组成部分。前置放大器也可用于补偿在探头和检测仪器之间由于极长电缆线导致的幅值衰减。以改善大的测试块的扫描的信噪比，在TOFD测试中用于放大小的尖端衍射信号。泛美-NDT前置放大器也可用于许多不同的研究应用中，如岩石与矿石的弹性模量测量、水或其他液体的泡沫或浮游生物的声散射、以及生物组织分析。总的来说，前置放大器几乎可用于任意一种为获得更好的性能而需要增加增益的应用中。
在某些情况下，一个高增益前置放大器输出可能会使某些超声仪器的输入电流过载，从而导致基线偏移以及非线性的幅度显示。仔细调整RF滤波器以及仪器增益有助于减小这种影响。在极端情况下，可在前置放大器输出和仪器接收器输入之间插入一个外部衰减器。
最新前置放大器ppt课件
电压灵敏前置放大器只适用于稳定性要求不高的低能量 分辨系统。
交流耦合：隔直电容100pF-1nF ，远 大于探测器本身电容CD 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。 脉冲尾部指数下降，放电时间由Ci*R//RL决定，约为10-100微秒。
电荷灵敏前置放大器
慢计数系统、 能量分辨要求 较低的能谱测
量系统
能量分辨要求 较高的能谱测
量系统
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，前放上升时间选为 探测器上升时间的0.5-2倍
之间。
在实际应用中，选择前放要考虑探测器的种类来
决定前放种类，同时注意前放上升时间应远小于 后面成形电路的成形时间。前放选定后，它和探 测器的连接要尽可能近，连接端要接触良好，电 缆要尽可能短。
V oM
Q Cf
与输入电荷和反馈电容有关。
定义变换增益为
ACQ
1 Cf
当Cf小时，变换增益大，但要求Cf有良好的稳定性。
ACE
VOM E
e WCf
与对仅于用硅半探导测体器探，测W器=3在.61e0Vp，F电当容Cf上为输1p出F时约，为A4.C8Em等V于/M4e4Vm相V/比Me较V，。 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
dVoM 1 dA0 VoM A0F A0
dVoM 1 dCi VoM A0F Ci
其中，F=Cf/(Cf+Ci)=Cf/Ci称为反馈系数。A0F为反馈深度。
交流耦合：隔直电容100pF-1nF ，远 大于探测器本身电容CD 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。 脉冲尾部指数下降，放电时间由Ci*R//RL决定，约为10-100微秒。
电荷灵敏前置放大器
慢计数系统、 能量分辨要求 较低的能谱测
量系统
能量分辨要求 较高的能谱测
量系统
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，前放上升时间选为 探测器上升时间的0.5-2倍
之间。
在实际应用中，选择前放要考虑探测器的种类来
决定前放种类，同时注意前放上升时间应远小于 后面成形电路的成形时间。前放选定后，它和探 测器的连接要尽可能近，连接端要接触良好，电 缆要尽可能短。
V oM
Q Cf
与输入电荷和反馈电容有关。
定义变换增益为
ACQ
1 Cf
当Cf小时，变换增益大，但要求Cf有良好的稳定性。
ACE
VOM E
e WCf
与对仅于用硅半探导测体器探，测W器=3在.61e0Vp，F电当容Cf上为输1p出F时约，为A4.C8Em等V于/M4e4Vm相V/比Me较V，。 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
dVoM 1 dA0 VoM A0F A0
dVoM 1 dCi VoM A0F Ci
其中，F=Cf/(Cf+Ci)=Cf/Ci称为反馈系数。A0F为反馈深度。
2-2低噪声前置放大器
●在设计与制作了一个低噪声前放或买了一个低噪声前放， 它的真正噪声性能如何，也必须通过测量才能证实。
噪声测量是低噪声设计中必不可少的环节。
2 . 测量哪些参数
描述放大器噪声的有关参数如输出噪声功 率，等效输入噪声电压Eni，噪声电压En、 噪声电流In、噪声系数NF(NF )都是能够直 接测量或间接测量的量。 即 n、In、 NF(NF )都是可以直 接或间接测量的噪声参数。
E ni
En0 Avs
关键是第一步A，第二步B可用电子技术中的方法， 现在对A、B分别进行详细说明。
Rcs E n / I n X cs E n / I n
（2）对于耦合网络中的并联阻抗元件
Rcp En / I n X cp En / I n
En、In为前置放大器的En-In模型中En、In参量。
（3）为了减小电阻元件的过剩噪声（1/ƒ 噪声）， 必须尽量减小流过电阻的电流，或降低电阻两 端的直流压降。 ●每一个元件都是一个噪声源，对系统的输出噪 声都有贡献， 因此，为了减小输出端的噪声，提高信噪比， 应尽量采用简单的耦合方式， 在可能的情况下，应采用直接耦合方式，从而 消除耦合网络所带来的噪声。 ●在迫不得已要采用耦合网络时，注意遵循上述 原则。
其它参数还有如输入、输出阻抗、增益、带宽、NF最 小点，增益稳定度等。
§2.9 噪声参数的测量
1. 噪声参数测量的必要性
●有些器件来说，手册中可能并未给出详尽的噪声性能参数， 即使给出了，也只是这类器件的典型性能，而器件应用可 能与手册上给出的数据相差很多。
对于要求较高的情况，应该对所用器件进行噪声测量。
NF1, 2n
NFn 1 NF2 1 NF3 1 NF1 A p1 A p1 A p 2 A p1 A p 2 A pn1
噪声测量是低噪声设计中必不可少的环节。
2 . 测量哪些参数
描述放大器噪声的有关参数如输出噪声功 率，等效输入噪声电压Eni，噪声电压En、 噪声电流In、噪声系数NF(NF )都是能够直 接测量或间接测量的量。 即 n、In、 NF(NF )都是可以直 接或间接测量的噪声参数。
E ni
En0 Avs
关键是第一步A，第二步B可用电子技术中的方法， 现在对A、B分别进行详细说明。
Rcs E n / I n X cs E n / I n
（2）对于耦合网络中的并联阻抗元件
Rcp En / I n X cp En / I n
En、In为前置放大器的En-In模型中En、In参量。
（3）为了减小电阻元件的过剩噪声（1/ƒ 噪声）， 必须尽量减小流过电阻的电流，或降低电阻两 端的直流压降。 ●每一个元件都是一个噪声源，对系统的输出噪 声都有贡献， 因此，为了减小输出端的噪声，提高信噪比， 应尽量采用简单的耦合方式， 在可能的情况下，应采用直接耦合方式，从而 消除耦合网络所带来的噪声。 ●在迫不得已要采用耦合网络时，注意遵循上述 原则。
其它参数还有如输入、输出阻抗、增益、带宽、NF最 小点，增益稳定度等。
§2.9 噪声参数的测量
1. 噪声参数测量的必要性
●有些器件来说，手册中可能并未给出详尽的噪声性能参数， 即使给出了，也只是这类器件的典型性能，而器件应用可 能与手册上给出的数据相差很多。
对于要求较高的情况，应该对所用器件进行噪声测量。
NF1, 2n
NFn 1 NF2 1 NF3 1 NF1 A p1 A p1 A p 2 A p1 A p 2 A pn1
前置放大工作原理
前置放大工作原理
前置放大器是电路中常见的一种电子元件，其作用是对输入信号进行放大，使其能够被后续的电路正确处理。
其工作原理如下：
前置放大器通常由一个放大器件件组成，其电路结构包括管子，晶体管，运放等。
输入信号通过前置放大器时，首先被放大器件放大，然后通过输出端口输出到后续的电路中。
在放大器件放大信号时，通过控制电路，可以调节放大器件的放大倍数和增益。
同时，为了保证输入和输出的阻抗匹配，前置放大器一般还会设置合适的电路电容和电阻，以确保输入和输出端口的阻抗匹配，从而最大化输出信号。
总之，前置放大器的工作原理就是将输入信号放大，使其能够被后续电路正确处理，并保证输入和输出端口的阻抗匹配，从而最大化输出信号的质量。
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第二章前置放大器
内容提要
§1. 概述 一.前置放大器的作用 二.前放的分类(按与配的探测器分类略) §2. 电荷灵敏前放 一.主要特征 二.电荷灵敏前放基本电路和实例分析 三.电荷灵敏前放噪声分析和抑制措施 四.电荷灵敏前放的改进（略） 五.电荷灵敏前放噪声的实验测量 §3. 电压(灵敏)前置放大器 §4. 电流（灵敏）前置放大器（快前置放大器）
基 本 内 容
放大器的的作用和分类
电荷灵敏前置放大器
电压灵敏前置放大器
电流灵敏前置放大器
(1)熟练掌握：电荷灵敏前置放大器的结构和实例分析。 (2)掌握：电压灵敏和电流灵敏前置放大器的特点。
目
的
与
要
求
前置放大器
与探测器输出直接相联的电路称为前置级，一般这部 分电路具有信号放大功能，故称为前置放大器。
核辐射测量中，探测器输出的信号往往较小，需要
加以放大再进行测量。探测器-放大器系统的连接方式 所示，其中放大器又分为前置放大器与主放大器两部分。
3
前置放大器的作用
• 前置放大器（预放大器、前放）放在探测器附近，输 出经高频电缆与主放大器相连。
1.提高系统的信噪比
在探测器与放大器连接处存在分布电容Cs。后面将证明，Cs 越小，则系统的信噪比越高。减小Cs的一个主要措施就是将 放大器尽量靠近探测器以减小连接导线造成的分布电容。如 果把整个放大器和探测器安装在一起，系统比较笨重，并且 可能受到探测器周围条件的限制，例如空间太小、核辐射太 强等，常不便放置或操作。因此往往将放大器分为前置放大 器和主放大器。前置放大器的体积小，紧靠探测器并与探测 器构成一个整体 (称探头)，这样就减小了Cs，提高了信噪比。 主放大器则通过电缆和探头相连，仪器本身以及使用人员的 工作条件也就摆脱了现场条件的限制。
13
3.电流灵敏前放(电流前放,并联反馈电流放大器)图2.1.5
1,2用于能谱测量, 3用于时间测量.
§2. 电荷灵敏前放 输出增益稳定、噪声低、性能良好 一．主要特征 1.变换增益(电荷灵敏度)
ACQ
iD ( t )dt VOM AO ViM 0 A Q Q QCif
A0 Q Q 1 1 Q C i (1 A0 )C f C f Q C f
vi (t )
Ci
i
0
D
(t )dt
7
前置放大器的分类
•
I.
在时间和能量测量系统中，前置放大器分别侧重于保 留信号的不同特点，可以分为两大类：
积分型放大器
电压灵敏前置放大器
对探测器信号先积分再放大
电荷灵敏前置放大器
II.
放大和积分同时进行 电流型放大器
电流灵敏前置放大器 保留输入电流信号的形状特征
4
2.减少外界干扰的相对影响
前置放大器与探测器一起通常有良好的屏蔽，可以抑 制外界干扰。前置放大器输出的信号沿电缆传送过程中受 到干扰时，由于信号已经过放大，干扰对信号的影响相对 减小。为了减小外界干扰的影响，除了前置放大器要有良 好的屏蔽以及足够的放大倍数外，在传送弱信号时，所用 电缆也要有良好的屏蔽和噪声性能，必要时还需使用低噪 声双层屏蔽电缆或双芯电缆如图。后者要求主放大器为差 分输入。
11
作拉氏反变换 Q v0 t u t C Cf A C 当A 1时， C f A Q v0 t u t Cf V0 mu t V0 m Q C f
另外，从放大器的输入端看：由于密勒 效应，电容相当于被放大了（1+A)倍 C if = Ci + (1+A)Cf 原电路可以等效成
10
电荷灵敏前置放大器
•基本结构和工作原理
由高输入阻抗、高增益的倒 相放大器与一个反馈电容组 成的负反馈放大器。
列出电路方程 V0 s AVi s 解方程得 V0 s 其中 设iD t Q t I D S Q V0 S Q Cf C A 1 S C Ci C f 为冷电容 A I D S S C AC f Vi s Ci S Vi s V0 s C f S I D s 0
8
积分型前置放大器
电压灵敏型前置放大器
•基本原理 V-V 电压放大器
探测器电流信号在放大之前已被自然 积分为电压信号。 •探测器电流 iD(t)
1 vi (t ) Ci )dt Q
(脉冲形状和输入端总电 阻无关) 其中 i Ri Ci ( RD // RA i )(C D C S C Ai ) vo (t ) Avi (t )
VOM 为输出信号幅度，它仅仅决定 于Cf 值和Q的大小，将不随Ci 或A 的不稳定而变化，只要Cf 值恒定， 输出信号幅度保持与电荷量正比关 系。
12
• 应该注意以下几点：
（1）与反馈电容并联的电阻起到泄放上电荷的作用，一 般取值为108—109Ω，太小了会增加噪声，太大了起不 到泄放作用。另一个作用是产生直流负反馈以稳定放 大器直流工作点。 （2）探测器与放大器之间用电容起到隔直作用。一般取 值为几千pF量级。耐压为几千伏。
5
• 3.合理布局，便于调节和使用 • (前放为非调节式,主放放大调节倍数、 成形常数) • 4.实现阻抗转换和匹配
(前放设计为高输入阻抗,低输出阻抗)
6
信号的预放大
探测器和前放的等效电路 从放大器输入端看的输入电容 Ci=CD+CS+Cai 放大器输入端电压（忽略RD) 1 t
CD为探测器输出电容 CS为分布电容 Cai为放大器输入电容
9
电压灵敏前置放大器的特性
• 电路结构简单 • 前放输出电压的幅度为VOM = AQ/Ci 而Ci=CD+CS+CAi – CD 随外加偏压而变化； – CS 随引线长短、元件位置因素变化而变化， – Cai 与放大器工作状态有关。 这些因素将使 VOM 的值在不同条件下发生变化，输出电压的精度 不高，一般用在探测器输出信号幅度较大，精度要求不高系 统。如接在闪烁探测器后面。 • 如果在输入端并联大的电容？ 幅度，噪声
内容提要
§1. 概述 一.前置放大器的作用 二.前放的分类(按与配的探测器分类略) §2. 电荷灵敏前放 一.主要特征 二.电荷灵敏前放基本电路和实例分析 三.电荷灵敏前放噪声分析和抑制措施 四.电荷灵敏前放的改进（略） 五.电荷灵敏前放噪声的实验测量 §3. 电压(灵敏)前置放大器 §4. 电流（灵敏）前置放大器（快前置放大器）
基 本 内 容
放大器的的作用和分类
电荷灵敏前置放大器
电压灵敏前置放大器
电流灵敏前置放大器
(1)熟练掌握：电荷灵敏前置放大器的结构和实例分析。 (2)掌握：电压灵敏和电流灵敏前置放大器的特点。
目
的
与
要
求
前置放大器
与探测器输出直接相联的电路称为前置级，一般这部 分电路具有信号放大功能，故称为前置放大器。
核辐射测量中，探测器输出的信号往往较小，需要
加以放大再进行测量。探测器-放大器系统的连接方式 所示，其中放大器又分为前置放大器与主放大器两部分。
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前置放大器的作用
• 前置放大器（预放大器、前放）放在探测器附近，输 出经高频电缆与主放大器相连。
1.提高系统的信噪比
在探测器与放大器连接处存在分布电容Cs。后面将证明，Cs 越小，则系统的信噪比越高。减小Cs的一个主要措施就是将 放大器尽量靠近探测器以减小连接导线造成的分布电容。如 果把整个放大器和探测器安装在一起，系统比较笨重，并且 可能受到探测器周围条件的限制，例如空间太小、核辐射太 强等，常不便放置或操作。因此往往将放大器分为前置放大 器和主放大器。前置放大器的体积小，紧靠探测器并与探测 器构成一个整体 (称探头)，这样就减小了Cs，提高了信噪比。 主放大器则通过电缆和探头相连，仪器本身以及使用人员的 工作条件也就摆脱了现场条件的限制。
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3.电流灵敏前放(电流前放,并联反馈电流放大器)图2.1.5
1,2用于能谱测量, 3用于时间测量.
§2. 电荷灵敏前放 输出增益稳定、噪声低、性能良好 一．主要特征 1.变换增益(电荷灵敏度)
ACQ
iD ( t )dt VOM AO ViM 0 A Q Q QCif
A0 Q Q 1 1 Q C i (1 A0 )C f C f Q C f
vi (t )
Ci
i
0
D
(t )dt
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前置放大器的分类
•
I.
在时间和能量测量系统中，前置放大器分别侧重于保 留信号的不同特点，可以分为两大类：
积分型放大器
电压灵敏前置放大器
对探测器信号先积分再放大
电荷灵敏前置放大器
II.
放大和积分同时进行 电流型放大器
电流灵敏前置放大器 保留输入电流信号的形状特征
4
2.减少外界干扰的相对影响
前置放大器与探测器一起通常有良好的屏蔽，可以抑 制外界干扰。前置放大器输出的信号沿电缆传送过程中受 到干扰时，由于信号已经过放大，干扰对信号的影响相对 减小。为了减小外界干扰的影响，除了前置放大器要有良 好的屏蔽以及足够的放大倍数外，在传送弱信号时，所用 电缆也要有良好的屏蔽和噪声性能，必要时还需使用低噪 声双层屏蔽电缆或双芯电缆如图。后者要求主放大器为差 分输入。
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作拉氏反变换 Q v0 t u t C Cf A C 当A 1时， C f A Q v0 t u t Cf V0 mu t V0 m Q C f
另外，从放大器的输入端看：由于密勒 效应，电容相当于被放大了（1+A)倍 C if = Ci + (1+A)Cf 原电路可以等效成
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电荷灵敏前置放大器
•基本结构和工作原理
由高输入阻抗、高增益的倒 相放大器与一个反馈电容组 成的负反馈放大器。
列出电路方程 V0 s AVi s 解方程得 V0 s 其中 设iD t Q t I D S Q V0 S Q Cf C A 1 S C Ci C f 为冷电容 A I D S S C AC f Vi s Ci S Vi s V0 s C f S I D s 0
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积分型前置放大器
电压灵敏型前置放大器
•基本原理 V-V 电压放大器
探测器电流信号在放大之前已被自然 积分为电压信号。 •探测器电流 iD(t)
1 vi (t ) Ci )dt Q
(脉冲形状和输入端总电 阻无关) 其中 i Ri Ci ( RD // RA i )(C D C S C Ai ) vo (t ) Avi (t )
VOM 为输出信号幅度，它仅仅决定 于Cf 值和Q的大小，将不随Ci 或A 的不稳定而变化，只要Cf 值恒定， 输出信号幅度保持与电荷量正比关 系。
12
• 应该注意以下几点：
（1）与反馈电容并联的电阻起到泄放上电荷的作用，一 般取值为108—109Ω，太小了会增加噪声，太大了起不 到泄放作用。另一个作用是产生直流负反馈以稳定放 大器直流工作点。 （2）探测器与放大器之间用电容起到隔直作用。一般取 值为几千pF量级。耐压为几千伏。
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• 3.合理布局，便于调节和使用 • (前放为非调节式,主放放大调节倍数、 成形常数) • 4.实现阻抗转换和匹配
(前放设计为高输入阻抗,低输出阻抗)
6
信号的预放大
探测器和前放的等效电路 从放大器输入端看的输入电容 Ci=CD+CS+Cai 放大器输入端电压（忽略RD) 1 t
CD为探测器输出电容 CS为分布电容 Cai为放大器输入电容
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电压灵敏前置放大器的特性
• 电路结构简单 • 前放输出电压的幅度为VOM = AQ/Ci 而Ci=CD+CS+CAi – CD 随外加偏压而变化； – CS 随引线长短、元件位置因素变化而变化， – Cai 与放大器工作状态有关。 这些因素将使 VOM 的值在不同条件下发生变化，输出电压的精度 不高，一般用在探测器输出信号幅度较大，精度要求不高系 统。如接在闪烁探测器后面。 • 如果在输入端并联大的电容？ 幅度，噪声