谱仪放大器

也就是放大器的放大倍数
微分非线性描述了放大器在不同的输出幅度时放大倍 数的变化，由于存在微分非线性，会使能谱产生畸变
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放大器的线性：非线性的改善
放大器的非线性产生的主要原因：
放大器内部晶体管，场效应管和运算放大器等非线性元件的 参量在工作电压或电流在大范围变化时使放大器增益产生变 化，从而产生非线性
最大值；
Vomax为最大输出额定信号幅度 积分非线性直接影响到能量刻度误差及使峰位发生偏 移
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放大器的线性：微分非线性
放大器的微分非线性DNL定义为：
V o / Vi DNL [1 ] 100% Vo / Vi ' ' V o / Vi 是指实际测量到的放
'
'
大器输出特性曲线上某处的斜率，
对于理想的放大器，其输出幅度Fra Baidu bibliotek输入幅度关系曲线
应该是一条通过原点的直线，其斜率为其增益 实际上，放大器的输出幅度与输入幅度关系曲线总是 与理想直线有一定偏离，也就是存在着非线性，通常 分为积分非线性（INL）和微分非线性（DNL）
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放大器的线性：积分非线性
放大器的积分非线性INL定义为： V0 max INL V0 max [ΔVo]max表示在输出从0到范围内 实验点与拟合直线之间的差值
路，剔除堆积信号
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谱仪放大器的基本特性
增益及稳定性 线性
噪声及信号噪声比
幅度过载特性 计数率过载特性 上升时间 输入阻抗和输出阻抗
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放大器的增益及稳定性
放大器增益：定义当输入足够宽的矩形脉冲或阶跃电 压时，输出信号与输入信号幅度之比为放大器的增益
或放大倍数：
V0 m A Vim
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放大器的幅度过载特性
幅度过载引起的下冲还与放大器成形电路的时间常数 及输入信号的脉冲宽度有关
因此在一定的成形时间常数下，过载脉冲幅度可由最
大线性输入幅度的倍数来衡量，过载恢复时间则以不 过载时脉冲宽度的倍数来衡量
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放大器的计数率过载特性
在能谱测量中可以发现，当信号脉冲的计数率发生变 化时，所测得的能谱也会发生变化
第 三 章 能谱测量中的主放大器
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常用放大器的类型
谱仪放大器：用于核辐射能谱仪中信号放大，一般在 前置放大器之后，称之为主放大器
快放大器：用于时间测量或高计数率条件下信号放大
弱电流放大器：用于强度测量中计数积累效应产生电 信号的放大
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主放在核测量系统中的作用
前置放大器对探测器信号进行初步放大和处理，但其 输出的脉冲幅度和波形并不适合后面分析测量设备，
由于核辐射探测器输出信号较小，噪声叠加在有用信 号上，使能量分辨率变坏，因此需要采用合适的滤波 成形电路来限制频带，抑制噪声
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放大器的幅度过载特性
放大器工作超出线性范围较小时放大器还能正常工作， 只是非线性系数变大；而当超出范围很大时放大器在
一段时间内就不能正常工作，这种现象称为放大器的
非线性的改善方法：
通过选择电路中有源元件合适的工作点，在要求的动态范围
内使它们能线性的应用 采用深度负反馈来减少非线性畸变
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放大器的噪声和信噪比
放大器输出信息由信号、噪声和干扰等组成
干扰信号是外部的，可以通过各种方法减到最小 噪声是由前置放大器输出噪声和放大器输入端自身的噪声所 决定的，一般放大器输入端的噪声只要比前置放大器输入端 的噪声小一个量级就可以满足要求
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放大器的增益及稳定性
放大器的放大倍数取决于放大器输出幅值和后续分析 测量设备所要求的信号大小
从前置放大器输出信号的幅度范围从毫伏到伏数量级，
因此对谱仪放大器的增益要求为几千倍到几倍，并要 求可调
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放大器的增益及稳定性
放大器的增益稳定性是放大器在连续使用的时间内由 于环境温度的变化，电源变化等因素导致放大器放大
倍数的不稳定程度
增益稳定性会使测量到的能谱产生畸变，实验结果误 差增大，高分辨谱仪系统一般要求增益相对稳定性小 于0.1%，增益的温度系数小于0.01%/oC 提高增益稳定性主要采用深度负反馈方法，负反馈愈
深即愈大，增益的稳定性也就愈好
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放大器的线性
放大器的线性是指放大器的输入信号幅度和输出信号 幅度之间的线性程度
如单道分析器和多道分析器等，所以对信号还需要进
一步放大和成形 在进一步放大和成形的过程中，必须保持探测器输出 的有用信息，如射线的能量信息和时间信息，尽可能 减少它们的失真，这样的任务由主放大器来完成
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主放在核测量系统中的位置
探测器
前放
主放
分析测量 仪器
高压
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谱仪放大器
在能谱测量中所用的放大器，需要尽可能降低在能谱 测量中对能量分辨率的影响，同时放大器的输出信号
谱形畸变并提高能量分辨率
提高信号噪声比 减少堆积和基线涨落
减小径迹亏损
提高抗幅度过载能力
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谱仪放大器中的常用技术
谱仪放大器中的常用技术
滤波成形技术：采用一次微分和三次到四次积分滤波成形电 路，提高信号噪声比 基线恢复技术：在高计数率情况下，信号堆积和隔直电容充 放电会引起的基线漂移使谱线变宽、分辨率变坏、峰位移动， 因此需要引进基线恢复器 堆积拒绝技术：在高计数率条件下脉冲堆积的影响将是十分 严重的，导致能量分辨率变差、能量畸变，采用堆积拒绝电
幅度过载，也成为阻塞 引起过载的脉冲成为过载脉冲，这一段不能恢复正常 工作的时间成为放大器的死时间
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放大器的幅度过载特性
引起过载的原因主要与放大器的耦合电容充放电有关 抗过载性能可用“过载恢复时间”来表示，其定义为：
在给定过载程度的条件下，放大器输出波形回到基线
并保持在基线附近，从而使小信号增益回到正常时所 需要的时间 过载恢复时间越短，抗过载性能越好
要适应能谱分析设备的要求，即需要：
小信号需要放大到合适的幅度 通过滤波成形，提高信噪比
保持由探测器输出的幅度信息（能谱测量中一般对时间信息
并无要求，因此无需考虑时间信息方面的要求）
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谱仪放大器的原理方框图
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谱仪放大器的基本功能
谱仪放大器需要放大前置放大器的输出信号，使其达 到分析测量系统所要求的幅度范围，同时尽可能减少