第二章前置放大器
核电子学与核仪器课件3---前置放大器
2.1前置放大器的作用
提高系统的信噪比
布局1：传输线 长，分布电容大， 信噪比低。
为什么呢？
布局2：分布电 容小，信噪比高， 抗干扰能力强。
2.1前置放大器的作用
减少外界干扰的相对影响
由于空间电磁干扰的存在，或有时屏蔽和隔离不好， 在信号远距离传输时，往往串入外界干扰，需要设 法提高信号干扰比。
i(t)=Q/τ0*e-t/ τ0,其中τ0为探测器电荷收集时间常数。则电荷的脉冲波形将
为Q(t)=Q(1- e-t/ τ0),而电压的波形为V(t)=Q/C Σ(1- e-t/ τ0),这表示了电压前置 放大器输入电压波形的前沿。电压脉冲的上升时间等于探测器电流脉冲
的宽度。电压脉冲的后沿由时间常数T Σ =R Σ *C Σ。 T Σ远比τ0或探测器电 流脉冲宽度大。因此实际信号是快速上升，缓慢下降的信号。
对于PMT而言，由于输出幅度很大，对噪声和增益就不必考虑，甚至用 一级跟随器就可满足要求。对于输出信号较小的气体电离室或正比计数 管等，则希望有较大的放大倍数和低的噪声。如果用在时间测量方面， 只要求快的上升时间和足够的放大倍数。
早期采用的晶体管输入级前置放大器的主要缺点是输入阻抗太小，噪声 太大，即使采用了复合管自举电路，输入阻抗也不过几兆欧。采用电压 串联负反馈来提供输入阻抗。但是一般晶体管电路的输入阻抗要超过 20M是比较困难的。
采用怀特射级跟随 器做盖革计数管的 前置放大电路
G-M 计数管
HV
2M
10V
43K 51p
150 3K 9 3DG6
33K
0.01
0.1 A
输出
3DG6
330K
10
5K 6
820
采用怀 特射级 跟随器 做光电 倍增管 的前置 放大电 路
音响前置放大器
2013届课程设计说明书模板音响前置放大器院、部：电气与信息工程学院学生姓名：鞠纯指导教师：龙卓珉职称讲师专业：电子信息工程班级：电子1102班完成时间：2013年6月10日摘要本文介绍了前置放大的构成、功能、及工作原理。
所用芯片是价格便宜的带有真差动输入的LM324四运算放大器。
与单电源应用场合的标准运算放大器相比，它们有一些显著优点。
该四放大器可以工作在低到3.0伏或者高到32伏的电源下，静态电流为MC1741的静态电流的五分之一。
本音响的功能是将输入音频信号进行放大，是一种可普遍用于家庭音响系统、立体声唱机等电子系统中，便于携带，适用性强。
关键词：前置放大；LM324;立体声唱机ABSTRACTThis paper introduce the structure ,function and working principleof the audio.The LM324 are low-cost,quad operational amplifiers withtrue differential inputs.They have several distinc advantages overstandard operational amplifier types in single supply voltages as low as 3.0V or32V with quiescent currents about one-fifth of thoseassociated with theMC1741. The sound is the function of the input audio signal amplification,is generally available for home audio system,stereo playerand other electronic system,convenient carrying,strong applicability.Key word preamplifier amplifiers;LM324;stereo player。
放大器的噪声分析
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设放大器在输入端和信号源是功率匹配的，
即Rs=Ri，
在输出端和负载也是功率匹配的：Ro=RL
放大器的功率增益为APH。 信号源的内阻Rs产生的热噪声电压均方值为:
En2s 4KTRsf
而放大器的输入噪声功率则为：Pni
En2s 4Rs
KTf
该噪声功率放大后为：Pni Ap APH KTf
或： NF
1
Pn Pni Ap
放大器产生的噪声功率 1 源电阻产生的输出噪声功率
它们分别从不同的角度说明了噪声系数 的含义，是完全等效的。
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在计算具体电路的噪声系数时，用后面两 式比较方便。
应该指出，噪声系数的概念仅仅适用于线 性电路（线性放大器），因此可以用功率 增益来描述。
T(NF 1)
Ti就称为放大器的噪声温度。 当Ti=0时，NF=1表示放大器本身不产生噪声，是理
想的无噪声放大器；
当本Ti=身T时所（产=生29的0K噪）声则和NF信=2号（源NF所=3输dB入）的，噪表声示相放等大。器
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在功率匹配情况下，放大器的总的输出噪声 功率：
Pn0 APH KTf APH KTi f APH K (T Ti )f
对于非线性电路而言，不仅得不到线性放 大，而且信号和噪声、噪声和噪声之间会 相互作用，即使电路本身不产生噪声，在 输出端的信噪比和输入端的也不相同。 因此噪声系数的概念就不能适用。
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§2.4 最佳源电阻Ropt与最小噪声系数NFmin
根据前面导出的噪声系数表达式
NF
En2s
En2
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等效输入噪声曲线
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。
CR-110电荷灵敏前置放大器
CR-110电荷灵敏前置放大器Cremat公司的CR-110是一个单通道电荷灵敏前置放大器模块，它被广泛用于多种辐射探测器。
例如：半导体探测器，雪崩光电二极管和各种气体探测器。
在Cremat公司的众多前置放大器模块中，CR-110的体积是挺小巧的（模块面积小于一平方英寸），这样就允许用模块化的设计制作一个紧凑型多通道探测系统。
本课题是以CR-110电荷灵敏前置放大器模块为核心，制作一个能够正常使用的电荷灵敏前置大器。
制作过程包括电路板设计，铝盒加工，线路连接和波形调试。
此课题虽然没有很大的难度。
但是整个过程非常偏重于实践，比如铝盒加工打孔，线路焊接等操作都很考验实验者的动手能力。
制作过程中，也能自然而然了解到电路板的设计，测试板各个连线的作用。
非常有助于我们了解电荷灵敏前置放大器的工作原理。
再结合以前学的课本上的知识，更能温故知新。
我们作核辐射测量时，一般采用电子学方法，应该对探测器输出的信号进行处理，包括对获取的信号进行放大，成形，甄别，变换分析，记录等等。
因探测器输出信号小，一般都要先通过放大器放大才能测量。
所以信号放大是核电子学信号处理一个必要部分。
实际测量中，探测器附近必然有一定辐射剂量。
工作人员测量时必须远离辐射现场。
我们一般把放大器分成前置放大器和主放大器，这样做是为了减少放大器输入端和探测器输出端之间的分布电容的影响，也可以弱化外界干扰，有效的提高信噪比，使信号用的高频电缆的阻抗相应匹配，。
前置放大器也称作为预放大器，体积小，靠近探测器，其输入端与探测器输出配合，有些前放甚至和探测器组成一个模块，我们称之为“探头”，输出的信号再经高频电缆和主放大器连接。
前置放大器参数很少在测量过程中变动，一般由主放大器作放大倍数和成型时间常数的调节。
第二章前置放大器2.1前置放大器的作用和特点前置放大器的作用和特点可以从下面几个方面说明：（1）提高系统信噪比核辐射探测器一般贴近辐射源.所以探测器往往在强辐射场，狭小空间，恶劣环境或工作人员不宜在现场，也不适合用大体积的仪器。
02第二章 前置放大器
（2） 减少外界干扰的相对影响 ）
屏蔽电缆线
辐 射 源
Cs 探测 器
前置 放大
主 放大器
由于空间电磁干扰存在，或有时屏蔽和隔离不好，在信号远距离传输时， 由于空间电磁干扰存在，或有时屏蔽和隔离不好，在信号远距离传输时， 往往串入外界干扰，需要设法提高信号干扰比。 往往串入外界干扰，需要设法提高信号干扰比。 前置放大器已作了初步放大，提高了输出信号幅度和远传能力， 前置放大器已作了初步放大，提高了输出信号幅度和远传能力，外界干 扰对信号的影响相对减少。 扰对信号的影响相对减少。 前置放大器与探测器一起，通常采取良好的屏蔽、接地、隔离、 前置放大器与探测器一起，通常采取良好的屏蔽、接地、隔离、滤波等 措施。在弱信号传输时，还需用屏蔽良好、噪声较小的电缆线， 措施。在弱信号传输时，还需用屏蔽良好、噪声较小的电缆线，当主放大 器为差分输入时，则采用低噪声双芯屏蔽电缆。 器为差分输入时，则采用低噪声双芯屏蔽电缆。
第二章
前置放大器
前置放大器的作用与分类； 前置放大器的作用与分类； 电荷灵敏放大器； 电荷灵敏放大器； 电压灵敏放大器； 电压灵敏放大器； 电流灵敏放大器。 电流灵敏放大器。
兰州大学核科学与技术学院
1
§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， 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、 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， 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， 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。 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 减少干扰，提高信噪比：在实际测量中， 存在，工作人员必须远离辐射现场来操作测量仪器。 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， 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， 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置放大器和主放 大器两部分。前置放大器又称为预放大器，它的体积较小， 大器两部分。前置放大器又称为预放大器，它的体积较小，放置在探测器附 前置放大器的输入与探测器相配合，甚至有时前置放大器紧靠着探测器， 近，前置放大器的输入与探测器相配合，甚至有时前置放大器紧靠着探测器， 组装在一个结构中，称之为“探头” 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，前置放大器的参数一般很少变动， 相连。在测量过程中，前置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。 器来作放大倍数和成形时间常数的调节。
前置放大器与功率放大器
第一节前置放大器与功率放大器一、前置放大器1.前置放大器的功能与主要性能在歌舞厅、会堂以及家庭等场合，广泛使用的放大器分为音频放大器（亦称声频放大器）TAV放大器（视听放大器）两类。
音频放大器又分前置放大器和功率放大器两种，它们只接收、放大、处理音频信号；而AV放大器可以接收、放大、处理音频和视频信号。
在音频放大器中，前置放大器（又称电压放大器、控制放大器）的作用是对它的输入各种音频节目源信号进行选择和放大，并调整输入信号的频响、幅度等，以美化音质。
功率放大器则是将前置放大器送来的信号进行无失真的单纯功率放大，以推动扬声器放音。
前置放大器和功率放大器可以独立装成两台机器，也可以组装在一台机器内。
组装在一起的称为综合功率放大器或综合放大器港台或市场上则称为合并式功放，而把分开做成两台机器的有时又称为前级和后级功放。
①对各种节目源信号（如激光唱机、电唱机、调谐器、录音机或传声器）进行选择与处理；②将微弱的输入信号放大到0.5-1V，以推动后续的功率放大器；③进行各种音质控制、以美化音色。
因此它的控制旋钮多、性能高，对改善整个音响系统的性能，提高音质、音色，以高保真的指标对音频信号进行切换、放大、处理并传递到功放级，具有极为重要的作用。
它的地位和重要性相当于调音台，因为它的输入接自各种节目源信号，它的输出传输给功放和扬声器放大器也可以说是整个音响系统的控制中心。
显然，在设计和选用音响系统设备时，采用前置放大器就不必再用调音台，或者反之，采用了调音台就不必选用前置放大器。
从结构、能以及功能来说，前置放大器要比调音台简单些。
2.前置放大器的主要性能前置放大器的主要性能指标有：失真度、信噪比、频率响应、转换速率（SR）、输入阻抗和动态范围等。
①失真度。
失真包括谐波失真和互调失真等，当然其值越小越好。
作为高保真前置放大的最低要求，其谐波失真应≤0.5%。
目前，前置放大器的指标可做得很高。
谐波失真一般能做到小于0.01%，瞬态互调失真大多在0.05%以下。
电荷灵敏放大器
Vom
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。
Q ≈ Vf ≈ Cf
电荷灵敏前置放大器
工作原理 如图5 如图5-1-3( 核电子学），可以得到：
vO ( ∞ ) = − A0 vi ( ∞ )
式子中 vi ( ∞ ) 为输入信号的稳定值。 输入电荷为：
Q = ∫ ii dt
0 tw
考虑到
Q = −vi ( ∞ )Ci + [v0( ∞ ) − vi ( ∞ ) ]C f
有上式可以得到输出信号的稳定值：
Vom = v0( ∞ )
A0Q A0Q = = Cifo Ci + (1 + A0 )C f
Cif 0 = Ci + (1 + A0 )C f 是电荷灵敏放大器的低频
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。 Rf 低频阻抗为：
1 + A0
低频输入的电容是： C f (1 + A0 ) + Ci ≈ A0C f
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) 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。 通常使用SNR、S/N表示，单位：分贝 dB。
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
前置放大器的工作原理
前置放大器的工作原理
前置放大器的工作原理是通过增加输入信号的幅度，并提供对应的增益，以增加晶体管的输出信号。
该放大器通常位于信号处理电路的输入端，它对输入信号进行调制、放大、滤波和适配等处理，以使信号能够适应后续电路的要求。
具体工作原理如下：
1. 输入信号传入放大器：输入信号经过信号源产生后，传入前置放大器。
2. 信号放大：在前置放大器中，输入信号经过放大器提供的放大增益，使得输出信号的幅度增加，通常使用晶体管将信号放大。
3. 滤波：放大后的信号可能带有噪声或其它干扰，为了去除这些干扰信号，前置放大器经常会配备滤波电路，以去除不需要的频率成分。
4. 输出信号传递到后续电路：经过放大和滤波的信号最终输出给后续电路，例如功率放大器或者后级放大器。
总的来说，前置放大器的主要工作原理是将输入信号进行放大，并经过滤波处理，提供适当的增益和频率特性，使得信号能够适应后续电路的需求。
前置放大器电路设计的发展史
前置放大器电路设计的发展史2007-03-09 19:18:34 来源：〔日〕是枝重治著韩昌升译袁橹林校关键字：前置放大器是随着密纹唱片的出现而发展起来的。
对于我国来说，密纹唱片在相当长的一段时期内尚不会为CD唱片所取代，还必然有一段进一步普及的过程。
因此必须从高保真要求出发，重视前置放大器的设计。
本文从一个业余研究家的角度夹叙夹议地对前置放大器的电路设计史做了综述，可供专业人员及业余爱好者一读。
* * * *作为音响组合系统中一个组成部分的前置放大器又称控制放大器，可以说它的历史是始自密纹唱片的诞生。
在密纹唱片出现以前，固然也存在专业用的控制放大器，但只不过是以开关盒为中心的前置放大器而已，并不符合今天我们所理解的前置放大器概念。
密纹唱片的出现，从根本上改变了以往的放大器形态，拾音头输出电压很小和需要均衡电路这两点，曾构成了十分突出的两大难题。
而且可以说，前置放大器的历史也就是一部追求改善信噪比和均衡电路特性的历史。
不过。
在出现了CD唱机的今天，控制放大器在形态上将逐渐变得和以前有所不同。
值此转折之际，不妨回顾一下这三十年来控制放大器是怎样发展变化的，这该是一件很有意义的事。
单声道时代的均衡电路（四种有代表性的均衡电路，尚缺乏魅力）在密纹唱片出现伊始的几年里，各唱片公司分别采用的是自己确定的均衡特性，属于混乱时期。
在唱片刻纹时衰减低频、提升高频是早在粗纹唱片时代就已经广泛运用了的一项措施，但密纹唱片的补偿量大得与此不能比拟，而且在放唱时要求放唱均衡特性必须十分精确。
看一下密纹唱片早期时的控制放大器就可以知道设计者的主要精力都花在如何适应多种均衡特性上面了，不免使人产生强烈的今昔对比之感。
单声道时代是许多优异的音响器材辈出的时期。
以扬声器为例，像英国Vitavox公司的CW-191和Tannoy Products 的Autograph等等，都是在今天仍可作为一级品使用的。
但遗憾的是，当时的控制放大器却没有一个在今天也能用的。
音频功率放大器的设计与调试本科毕业论文
毕业设计论文音频功率放大器的设计与调试孙梦琳指导老师姓名：程军武专业名称：应用电子班级学号：09131148论文提交日期： 2011 年月日论文答辩日期： 2011 年月日2011年月日摘要音响技术是专门研究声音信号的转换，传送，记录和重放的一门技术。
现代人对听觉水平要求越来越高，所以对音响的音质真实性要求越来越多高，本立体声功率放大器是以集成电路 TDA2030A为主组成的立体声功率放大器，其采用典型的功率放大电路，具有失真小、外围元件少、稳定性高、频响范围宽、保真度高、功率大等优点，同时采用四运放 GL324A对输入音频信号进行处理及高、低音进行控制，从而更加保证输出声音的音质。
这是一款很适合无线电爱好者和音响发烧友自制的音响套材。
本功率放大器实际聆听，高音柔美细腻，低音丰满圆润。
关键词： TDA2030A GL324A功率放大AbstractAudio technology is devoted to the study of voice signal conversion, transmitted, record and playback of a foreign technology. The modern hearing level requirements more and more high, so the sound quality of audio authenticity wants more and more high, the stereo power amplifier is integrated circuit TDA2030A mainly comprised of stereo power amplifier, and its use of typical power amplifier circuit, which distortion is small, less component periphery, high stability, frequency response wide range, high fidelity, large power, etc, and also the SiYun put GL324A input audio signal processing and high, the bass control, and thereby more guarantee the quality sound output. This is a very suitable for radio enthusiasts and audio fancier homemade audio set of materials. The actual power amplifier to listen to, treble gently beautiful exquisite。
前置放大器的作用
前置放大器百科名片前置放大器功能有两个：一是要选择所需要的音源信号，并前置放大器音源选择电路的作用是选择所需的音源信号送入后级，前置放大器说明输出的观念将讯号送出，因此单增益前级便具有阻抗转换的功能。
市面上的单增益前级并不多，最主要原因在于增益往往不足，音量开至最大依旧意犹未尽，国产厂商交直流工作室推出的Encore前级，正是单增益前级的具体代表。
这部前级使用孪生场效应晶体管做输入，以ZTX双极性晶体管做输出，具有高输入阻抗、低输出阻抗的特性，由于零件极少，因此S/N比奇高，将音量开至最大，耳朵贴近高音单体听不到任何嘶声，音色通透无染，细节呈现自然，是一部价格极其便宜音质极其优异的单增益前级。
前级放大器线路越简略就是越理想吗？有非常多的废话谈论前级放大器，因此，现在是该为它澄清的时候了。
在理想的环境聆听中，组件数目越少的讯号路径设计，这种放大器可能会越完全真实完美。
这就是simple is the best理论。
每多用一个组件，会增加一分失真，而开关和音量控制却是主要的罪犯。
但是很多好的录音能够达致做到，需要在前面的音调上，帮一个忙，才能消除掉回放时那些声音尖刺、令人聆听起来容易感到疲倦的毛病。
这样一来，就产生了这种情况：音调控制提供精密敏感的的运作（事实上许多高级层次的前级放大器都采用了步进制的电阻选择器取代了常用的电位器）。
当你试听一个放大器，不妨做一个尝试：只使用它附有的低音与高音旋钮控制音量的时候，你会聆听到相应的差异。
你应该相对地小的变化。
这种现像不单只是发生在聆听摇滚音乐或流行音乐上，甚至聆听古典音乐的朋友，也会时常想找对一个「左手向下的」在高音上渐减的旋钮，驯化录音天然的顶端。
音量控制器已经尽力仍不能令放大器更高声输出——令书架型音箱的低音单元听起来像怪物Cerwin Vega。
请紧记我们提到的附加失真？为了舞会尽兴，将旋钮旋到低音和高音都提高的位置，整个声浪提高了，但失真已经开始吹拍喇叭。
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。
THANKS
THANK YOU FOR YOUR WATCHING
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。
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。
前置放大器的工作原理
前置放大器的工作原理
前置放大器是一种电子器件，常用于音频信号处理中，其主要作用是将输入信号进行放大，以增加信号的幅度，并且提高信号的质量和稳定性。
前置放大器通常由功率放大器和电路调节部分组成。
前置放大器的工作原理如下：
1. 输入信号：前置放大器的输入信号是原始音频信号，通常来自音频源设备，如CD播放器、乐器等。
2. 输入级：输入级是前置放大器的第一部分，它负责将输入信号转换为电压信号，并且将其放大到一个合适的范围。
输入级通常由耦合电容、电阻和晶体管等组成。
耦合电容用于隔离直流偏置信号，电阻用于控制电流流动，晶体管则起到放大电压信号的作用。
3. 放大级：放大级是前置放大器的核心部分，它负责将经过输入级处理的信号进行进一步放大。
放大级通常由多个晶体管级联构成，每个晶体管负责放大前一级输出的信号，产生更大的幅度。
晶体管的级联放大使得整个前置放大器的放大倍数更高。
4. 调节电路：调节电路是前置放大器的最后一部分，它用于调节输出信号的质量和稳定性。
常见的调节电路包括负反馈电路、频率响应调节电路等。
负反馈电路通过将一部分输出信号反馈到输入端，来减小输出信号中的谐波失真和噪音。
频率响应调节电路则可以调整输出信号的频率范围，以满足不同的音频需
求。
通过以上的工作原理，前置放大器能够将原始音频信号放大到一个更高的幅度，提高音频的音量和质量，并且保持信号的稳定性。
它被广泛应用于音频领域，如音响系统、音乐制作等。
第二章前置放大器
I. 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
放大和积分同时进行 II. 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
8
积分型前置放大器
电压灵敏型前置放大器
图中 x 为虚地点
对串联噪声（图
a)
V
o
(
)
V
s
(
)
C
i C
C
f
f
V
s
(
)
C C
f
并联噪声（图
b ), 几乎全部流到
Cf
V o (
)
I p (
)
1 j C
f
输出相等时，要求：
I
p (
)
（
j
C
）
V s (
)
噪声均方值，按照功率
的传输关系
d
i
2 p
|
j
C
|2
d
v
2 s
dip2 (C)2dvs2
电荷灵敏放大器输入电路的噪声分析
•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)
vi
(t)
1 Ci
tw
0 iD (t)dt Q
(脉冲形状和输入端总电阻无关)
其中i RiCi (RD // RAi )(CD CS CAi )
vo (t) Avi (t)
9
电压灵敏前置放大器的特性
若希望99%的信号都被放大，即要求放大器动态范围不小于 V0 2.6 V0 (n f 2.6 n f / 2 )Vom 当 n 10 kc / s, f 1ms (10 9 1 pF )时
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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。
（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。
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.
基
放大器的的作用和分类
本
电荷灵敏前置放大器
内 容
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。
（无电容时等效噪声能量半宽度 噪声斜率）
4．上升时间（tr）:输入冲击电流Qδ(t)时上升时间（ 10%-90% VOM时间）, 101ns级
5. 动态范围和最高计数率
尽管探测器输出的每个电信号在电荷灵敏放大器产生的输出电压并不 大，但是每输出一个信号都在Cf 上积累起来，虽然Rf 能泄放其上电
荷，但f = Rf Cf 由于很大，泄放很慢，就会造成信号堆积。
只有电压放大作用，没有电流放大，有电流跟随作用，输入电阻小，输 出电阻与集电极电阻有关。高频特性较好，常用于高频或宽频带低输入阻抗 的场合，模拟集成电路中亦兼有电位移动的功能。
典型电路
•T1管为结型场效应管，接成共源放大器。 •T2为共基放大器。 •T3管接成一个射极跟随器作为输出极。
• T1管的变换增益 • T2管的变换增益
1.概述
凡是将放大电路输出端的信号（电压或电流） 的一部分或全部引回到输入端，与输入信号 迭加，就称为反馈。
若引回的信号削弱了输入信号，就称为负反馈。 若引回的信号增强了输入信号，就称为正反馈。
这里所说的信号一般是指交流信号， 所以判断正负反馈，就要判断反馈信号与 输入信号的相位关系，同相是正反馈，反 相是负反馈。
§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
VOM Q
A O ViM Q
A•
t
0
w
i
D
(
t
)dt
QCif
A0 •
Q
Q •1 1
Q Ci (1 A0 )C f C f Q C f
能量变换增益
ACE
VOM E
VOM
Q Cf
n f V0m
V0
n 2
f
V0m
与平均计数率有关，在n 1 的情况下， f
可以认为Vo(t) 的涨落服从高斯分布。
20
实际输出电压的瞬时值，落在
V0
的概率为
V0
68
%
V0
2.6
的概率为
V0
99
%
若希望99%的信号都被放大，即要求放大器动态范围不小于 V0 2.6V0 (n f 2.6 n f / 2)Vom 当n 10kc/ s, f 1ms(109 1pF)时
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）
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
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 Vi sCiS Vi sV0 sC f S ID s 0
22
放大电路三种组态的比较
三种组态的特点及用途
共射极放大电路： 电压和电流增益都大于1，输入电阻在三种组态中居中，输出电阻与集电
极电阻有很大关系。适用于低频情况下，作多级放大电路的中间级。 共集电极放大电路：
只有电流放大作用，没有电压放大，有电压跟随作用。在三种组态中， 输入电阻最高，输出电阻最小，频率特性好。可用于输入级、输出级或缓冲 级。 共基极放大电路：
解方程得
V0s
S
C
A ACf
ID S
其中
C Ci C f 为冷电容
设iD t Q t ID S Q
V0 S
Cf
Q C
A
1 S
11
作拉氏反变换
v0 t
Cf
Q C
A
ut
当A 1时，C A
Cf
v0≈ve3≈ic2Ra2=-ic1Ra2=-gmviRa2
A0=|VOM/ViM|=gmR’a2=gmRa2/(1-A3)≈3000倍 (2)上升时间
tr0=2.2Ra2Ca2/(1+A0F)≈2.2Ca(Ci +Cf)/( gmCf)≈22ns
图2.2.6
路中加入中间放大级。
反馈的基本概念
Q / e
VOM
Q
.e
QC f
Q
.e
e
C f .
2.输出稳定性
VOM
AO
• ViM
Ci
A0Q (1 A0 )C f
dvOM
VOM A0
dA0
VOM Ci
.dci
(u) v'u vu'
v
u2
dVOM (Ci C f )dA0
dCi
G1
iD1 Vg1
g m1
G2
VC 2 iRa
Ra
（T1管的跨导）
• T3管的变换增益
G3=1
• 此放大器的开环增益为A0 G1G2G3 gm1Ra
• •
若Rgma
5mA V 500K
，则A0 = 2500 >>1
25
二．电荷灵敏前放基本电路和实例分析 图2.2.5 1.电路分析（输入级T1；放大级T2；输出级T3、T4） 偏压及滤波；测试；反馈 正反馈R6C7改变输出脉冲上升时间； 退耦LC、RC。 2．定量估算 (1)开环增益A0
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。
AF
Xo Xi
Xo Xf Xd
Xf Xo
1
Xd Xo
1 F 1 Ao
Ao 1 AoF
当AoF>>1时，
1 AF F
AoF>>1 为深度负反馈
结论：当 AoF>>1 很大时，AF 只与反馈网络有关。即负反 馈可以稳定放大倍 数。
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。