核电子学-前置放大器1资料重点
核电子学考点
资料范本本资料为word版本，可以直接编辑和打印，感谢您的下载核电子学考点地点：__________________时间：__________________说明：本资料适用于约定双方经过谈判，协商而共同承认，共同遵守的责任与义务，仅供参考，文档可直接下载或修改，不需要的部分可直接删除，使用时请详细阅读内容01核电子学研究信号的特点随机性：用概率密度函数描述，要求仪器稳定可靠。
信号弱，但跨度大：提高信噪比，加前置放大器，主放大器，极零相消等。
速度快：脉冲成形，反堆积技术。
信号：用于描述和记录消息的任何物理状态随时间变化的过程。
（电信号）噪声专指无用或干扰信息信号在产生、传输和放大过程中都伴随有噪声噪声是随机的，服从统计规律。
其基本特性可用统计平均量或统计函数来描述，主要有：均方值：表示噪声的强度（用于信噪比计算）概率密度函数：描述噪声在幅度域内的分布密度自相关函数：提供噪声在时间域里的相关信息功率谱密度函数：给出噪声功率在频域里的分布情况核辐射探测器的结构核辐射探测器的定义：利用辐射在气体、液体或固体中引起的电离、激发效应或其它物理、化学变化进行辐射探测的器件称为辐射探测器。
探测器按探测介质类型及作用机制主要分为：气体探测器；闪烁体探测器；半导体探测器。
三种探测器的工作原理气体探测器：入射带电粒子通过气体，使气体分子电离成电子—正离子对时，它们在外加电场作用下分别作漂移运动，相应在平行板电机上产生感应电荷，并在外电路上产生相应的电信号。
闪烁体探测器：射线入射到闪烁晶体时，先使其中的分子或原子激发，然后在退激时发光，光子通过光电效应转换成光电子，随后通过光电倍增管倍增，最后在阳极上收集成为电流脉冲。
半导体探测器：带电粒子在半导体探测器的灵敏体积内产生电子－空穴对，电子－空穴对在外电场的作用下漂移而输出信号。
三种主要探测器的分析可得出如下结论：(1)核辐射探测器都能产生相应的输出电流i(t)，在电路分析时，可把它等效为电流源；(2)该输出电流i(t)具有一定形状，具有一定时间特性，所以可用于时间分析；(3)如在输出电容上取积分电压信号Vc(t)，则Vc(t)正比于E，可做射线能量测量。
《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：
核辐射探测器与核电子学前置放大器
15
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第五章 前置放大器
第一节 概述
一、前置放大器的作用信号处理电路的基本任务 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。
d vT2C
8kT 3g m
df
场效应管闪烁噪声
d vT2F
Af f
df
25
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第二节 电荷灵敏前置放大器
二、电荷灵敏前置放大器的噪声 。
1.串联噪声和并联噪声——(3)等效关系
（图a）串联电压噪声
d
v
2 s
（图b）等效为并联电流噪声
d
i
2 p
26
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第二节 电荷灵敏前置放大器
max
100 %
a
xi yi
1 100 %
max
a 微 分 非 线 性 影响 输 出 信 息 (y) 密 度 分 布( △n/△y ， 即 单 位y 内的 信 号 数 ) 的 均匀 性 。
斜率小的地方密集更多的信息。
在能谱测量中，微分非线性将使谱形畸变，影响能量分辨率，但总计数不变。
7
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16
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第五章 前置放大器
第一节 概述
二、前置放大器的分类 第一、电压灵敏前置放大器
Q
tw 0
ii
dt
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第五章 前置放大器
第一节 概述
二、前置放大器的分类 第二、电荷灵敏前置放大器
核电子学复习资料
第一章核电子学系统中的信号与噪声电信号是指随着时间而变化的电压或电流，因此在数学描述上可将它表示为时间的函数，并可画出其波形。
信息通过电信号进行传送、交换、存储、提取等。
核辐射探测器的主要类别和输出信号气体探测器半导体探测器闪烁体探测器核电子学中的噪声噪声的分类和噪声源散粒噪声热噪声低频噪声核电子学中的信号与噪声分析基础时域和频域分析核电子学中常见的基本电路分析探测器的输出电路RC积分电路（低通滤波器）CR微分电路（高通滤波器）短路延迟线核电子学测量系统概述系统的基本组成核电子学常用的信号处理系统1 前置放大器2 主放大器3 幅度或时间信息的甄别4 模数变换5 数据获取的分析和处理第二章前置放大器前置放大器的作用1 提高系统的信噪比2 减少外界干扰的相对影响3 合理布局，便于调节和使用4 实现阻抗转换和匹配前置放大器的分类电压灵敏前置放大器电荷灵敏前置放大器电流灵敏前置放大器电荷灵敏前置放大器电荷灵敏前置放大器的主要特征1 变换增益2 输出稳定性3 输出噪声4 输出脉冲上升时间（）及其稳定性5 计数率效应电荷灵敏前置放大器的基本电路和实例分析1 电路分析2 定量估算电压灵敏前置放大器第三章放大器放大器在核测量系统中的作用放大器的基本参量及测量方法放大器的放大倍数（增益）及其稳定性放大器的线性放大器的噪声和信号噪声比放大器的幅度过载特性放大器的计数率过载特性放大器的上升时间放大器的输入阻抗和输出阻抗其它类型的一些放大器偏执放大器快脉冲放大器弱电流放大器谱仪放大器的放大节放大节的结构分立元件构成的放大节电路介绍实际放大节电路的分析放大节电路实例谱仪放大器中的滤波成形滤波成形电路在谱仪放大器中的作用最佳滤波器的讨论滤波成形电路的信息畸变放大器输出信号的描述弹道亏损堆积畸变无源滤波成型电路极-零相消电路极-零相消和RC积分滤波成形电路准高斯滤波成形电路如有侵权请联系告知删除，感谢你们的配合！。
核电子学总结
核电子学复习资料第一章1、核电子学：核科学与电子学相结合的产物，用电子学的方法来获取和处理核信息的科学。
2、核电子学的特点：①输出的电脉冲信号强度在纳秒到微妙量级；②输出的电脉冲信号有随机性、非周期性、非等值性；③测量精度要求高；④信息量大；⑤本底事例多。
3、核电子学发展趋势：①标准化、插件化、集成化；②电子技术和计算机技术紧密结合。
4、核电子学测量系统的三部分：①模拟信号获取和处理系统；②模数转换系统；③数据获取处理系统。
5、为什么需要辐射探测器？不能感知，需要借助辐射探测器探测各种辐射，给出辐射类型、强度、能量及时间等特征。
即对辐射进行测量。
6、核辐射探测器定义：利用辐射在气、液、固体中引起的电离，激发效应或其他物理化学进行辐射探测的器件。
7、核辐射探测器的分类，按作用机制可分为：气体探测器、闪烁探测器、半导体探测器。
8、辐射探测器基本过程：①辐射粒子摄入探测器的灵敏体；②入射粒子通过电离、激发等效应在探测器中沉积能量；③探测器通过各种机制将沉积的能量转换成某种形式的输出信号。
9、辐射探测器的要求和特点：通常核辐射探测器的输出信号是随机分布的电荷或电流脉冲（时间特性、幅度分布上的非周期性和非等值性）。
由脉冲及相关参数所得到的信息：脉冲所携带的电荷量、脉冲出现的准确时刻、脉冲的形状。
10、核电子学信号特点：①随机性；②信号弱，但跨度大；③速度快。
11、探测器的主要类别和输出信号：根据给出信息，分为：电信号、非电信号电信号：气体探测器（气体电离室，正比计数器，G-M管等）、半导体探测器（P-N结、PIN结、高纯锗等）、闪烁体探测器（=闪烁体+光电倍增管）探测器输出信号的特点：①产生相应的输出电流，可等效为电流源；②有一定时间特性，可用于时间分析；③输出电熔上取积分电压信号，可做射线能量测量。
12、核辐射探测器的性能：探测效率：探测器测到的粒子数与此时实际入射到探测器中的该种粒子总数的比值。
输出幅度：由平均电离能和入射离子能量决定。
第一章 探测器信号与前置放大(1)
第一章、探测器信号与前置放大器1§1、核辐射探测器概述•核电子学研究的是如何处理和分析核辐射探测器给出的电信号,因此必须首先对核辐射探测器的输出信号有所了解–一系列幅度大小不一，波形不尽一致、前后间隔疏密不匀出现的时间随机分布的电荷或电流脉冲–是由入射粒子的性质和探测器的响应所决定的，根据这些脉冲及相关参数，可以得到有关核辐射和粒子的信息2脉冲及相关参数•脉冲所携带的电荷量–电荷量的大小与入射粒子的能量(能量损耗)成正比–若输出电流脉冲，其面积代表电荷量，所以将该脉冲送到电容上累积电荷，电容上的输出电压幅度代表电荷量，其大小分布就能反映入射粒子的能谱•脉冲出现的准确时刻–由该时刻可以确定粒子入射探测器的准确时刻。
–当使用2个以上探测器时，可以确定入射粒子在时间上的相互关系，从而测定脉冲时间间隔上的分布，即时间谱•单位时间内平均出现的脉冲数–和单位时间内平均入射的粒子数成正比，可以反映入射粒子的强度，从它的变化也可测量粒子的寿命。
•脉冲的形状–有些探测器输出脉冲波形的某些参数，如上升时间和入射粒子的类型有关，通过对这种波形参数的测量，可以识别入射粒子的类型，如分辨n、γ、p、d或其他粒子•对信号脉冲幅度、时间、波形、数目等参数的获取、处理和分析，可以获得粒子的动量、能量、电荷量、质量、时间和空间关系等各种性质，从而为识别粒子，研究其运动性质，为探讨其内在规律提供实验依据3•核辐射与物质的相互作用；–电离、激发、光电效应•能量Æ电荷；–核辐射粒子通过介质时沉积部分或全部能量产正、负电荷对。
•收集电荷，形成电信号；•测量电信号，可获得核辐射粒子所携带的信息。
4统计特性•核辐射测量中，最基本的特点是它的统计特性•在核辐射探测器中，射线和物质相互作用所产生的电离、激发、光电转换和倍增过程都是随机的，且核衰变也是以一定的概率性来表现的•对微观过程的研究，必须对大量事物的统计规律作出相应的处理和分析。
核电子学与核仪器课件
一、概述
1.3放大器的基本参量及测量方法
放大器的幅度过载特性
抗过载性能可用“过载恢复时间”来表示。其定义： 在给定过载程度的条件下，放大器输出波形回到基线 并保持在基线附近最大额定输出电压±1%的一个带内， 小信号增益已回到正常时所需要的时间。然而，由于 过载引起的下冲还与放大器的成形电路时间常数、输 入脉冲宽度有关，故通常是在一定成形时间常数下， 抗过载性能的表示：规定过载脉冲幅度为最大线性输 入幅度的多少倍，过载恢复时间则以不过载时的脉宽 多少倍来度量。
t'2 r2
t'2 rn
上升时间与带宽的关系： 快的上升时间相应有宽的频带，
0.35 f
tr
因此核测量用的脉冲放大器通常 是一个宽带放大器，而采用负反 馈是提高放大节上升时间很有效 的方法。
一、概述
1.3放大器的基本参量及测量方法
其它类型的一些放大器 (1)偏置放大器
(2)快脉冲放大器
快脉冲放大器是放大特别快的信号，往往要求在时间 信息方面使用。
An
1
Rf R
信噪比对比：
AS R f AS R R f
信号从同相端输入
An 1 An
二、谱仪放大器的放大节
2.2分立元件构成的 放大节电路
（1）采用差分放大器 作为输入级，可以提高 电路的抗过载性能。
二、谱仪放大器的放大节
2.2分立元件构成的 放大节电路
（2）采用交直流分开的 负反馈。从交流反馈来 看是电压串联负反馈， 故具有电压串联反馈的 一切优点。
放大器输出信号的形状，取决于成形滤波电路，所 以放大节上升时间必须比滤波成形电路的上升时间 小得多。
一、概述
1.3放大器的基本参量及测量方法
核电子学第10课放大器
五、高能量分辨率高计数率谱仪放大器
5.1堆积拒绝方法
对峰堆积的处理方法首先要能够随时发现峰堆积， 通常是设法判别信号的时间间隔是否过小，堆积 是否发生，然后把发生峰堆积辨率高计数率谱仪放大器
5.1堆积拒绝方法
对信号的判别标准： T>tw-tM两个信号都无幅度畸变。 tM>T>0发生前沿堆积，两个信号都发生畸变。 tw-tM>T>tM 发生后沿堆积，前一个信号为畸变， 后一个信号发生畸变。 一旦信号发生堆积，根据堆积情况，在电路上可 以给出“堆积标志”信号作为禁止输入信号。这 个信号可以加到后面分析测量系统中去，以禁止 这个堆积信号进入分析测量系统。
七、弱电流放大器
7.1电阻式弱电流放大器
静 电 计 管 输 入 级 的 弱 电 流 放 大 器 电 路
七、弱电流放大器
7.2电流-频率转换的弱电流放大器
在弱电流的测量中常常需要数字化处理，当然可以直 接把电阻式弱电流放大器输出电压转换成频率 f ，然 后再把频率f的脉冲送入计数器加以记录。
I-f转换电路的框图
n2 n1t w e n1
五、高能量分辨率高计数率谱仪放大器
5.2单元电路功能介绍
死时间校正和允许最高计数率
当输入脉冲的平均计数率为
1 n1 tw
输出无堆积的信号最大值为
( n2 )max
1 tw e
计数效率与输入计数率的关系
五、高能量分辨率高计数率谱仪放大器
5.2单元电路功能介绍
五、高能量分辨率高计数率谱仪放大器
5.2单元电路功能介绍
线性门
线性门是传输信号的一个门电路，其在控制信号作用 下，可以有两个状态。
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。
核电子学重点内容
《核电子学》重点内容
第二章：信号和噪声的分析方法
1.傅氏变换法计算电路的冲击响应和频率响应；
2.拉氏变换法计算电路冲击响应和频率响应；极零、点分布对系统的影响；
第三章：核电子学中的噪声
1. 噪声的分类；
2. 系统噪声的表示方法
第四章：前置放大器
1. 电荷灵敏前置放大器的工作原理、噪声来源及主要特性
2. 电荷灵敏前置放大器输出幅度、噪声均方值及信噪比计算；
第五章：滤波成形
1. 最佳滤波器、匹配滤波器、白化滤波器的概念
2. 电荷灵敏前放后接的最佳滤波器；
3. 极-零相消原理；
4. 成形电路引起信号畸变种类
第六章：谱仪放大器
1. 谱仪放大器的结构和各部分的作用
2.谱仪放大器的主要技术指标的意义；提高指标的方法
第七章：时变与非线性电路
1.模拟展宽器、数字展宽器工作原理及应用
2. 基线恢复器的工作原理；掌握CR基线恢复器、CD基线恢复器和
CDD基线恢复器的结构、原理和实际电路
第八章：幅度信息的甄别
1. 单道的结构和工作原理、电路分析及应用；
第九章：时间信息的获取与处理
1. 几种时检电路的原理、特点；
2. 符合测量的原理及应用；
2. 时-幅变换和时-数变换的原理、结构和性能。
第十章：谱仪模数变换器
1. ADC的技术指标（道宽、道数、变换系数等）；
2. 线性放电法ADC的原理及电路分析
3. 影响ADC技术指标的主要因素
4. ADC的参数调节；
第十一章：技术设备
1.定标器的工作方式及指标
第十二章：多道分析器
1. 多道分析器的幅度分析、时间分析的原理及应用。
核电子学-前置放大器2.
ACQ
VOM Q
二、电荷灵敏前置放大器
2.1电荷灵敏前置放大器的主要特性
变换增益
在电荷灵敏前置放大器中，反馈电容Cf跨接于放大器的 反相输入端和输出端之间，放大器采用高增益宽带运算 放大器，输出阻抗很小，开环增益Ao很大。
把反馈电容等效到输入端，由于密勒效应，总的输 入电容为：
Cif Ci (1 A0 )C f
一、概述
1.2前置放大器的分类
前置放大器按不同的特点有几种分类方法：
与不同的探测器相配，可有不同的前置放大器，如 电离室前置放大器电路，正比计数器前置放大器电 路，半导体探测器前置放大器电路和闪烁探测器输 出电路等。 根据探测器输出信号成形方式的特点分类，前置放 大器可分为电压灵敏前置放大器，电荷灵敏前置放 大器和电流灵敏前置放大器。
则
ViM
tw
0
iD dt
Cif
Q Ci (1 A0 )C f
二、电荷灵敏前置放大器
2.1电荷灵敏前置放大器的主要特性
变换增益
由于运算放大器的增益一般很大，所以输入信号可简 化为： V Q iM A0C f 则输出信号为：
VoM
A0Q Q Ci (1 A0 )C f C f
1.1 前置放大器的作用 1.2 前置放大器的分类
二、电荷灵敏前置放大器
2.1 电荷灵敏前置放大器的主要特性 2.2 电荷灵敏前置放大器的基本电路和实例分析
一、概述
1.1前置放大器的作用
采用电子学方法进行核辐射测量时，要对探测器输出信 号进行处理。由于探测器输出信号往往比较小，一般情 况下，都首先要通过放大器放大后再进行分析。
核电子学 第3章 放大器-1
二.谱仪放大器的框图介绍 图3.1.3 (滤波成形、基线恢复、堆积拒绝)
三.基本参量及测量方法 1. 增益及其稳定性 △A/A （ △A/A/℃～0.01％、 增益测量方法：图3.1.4
A A
V 1% V
0.05%
)
2.线形 积分非线形 INL=△Vomax/Vomax×100％ ～10-3、10-4 （其中：△Vomax 指实际输出特征与理想特征最大偏差， Vomax指最大输出额定信号幅度）
Q . Ci
1 1 S 2
Τ1=R1C1/ α τ2 =(R1 ∥R2) C
2.极零相消和RC积分滤波成形电路
★
3.准高斯滤波成形电路
Vi (S )
Q . Ci
1 1 S i
Q VO (S) . Ci (1 S )m
1 S 1 i H (S ) . 1 (1 S )m S
微分非线形 图3.1.5
V0' / Vi' DNL 1 100% V0 / Vi
(测量方法：图3.1.6)
INL=△Vomax/Vomax×100％
V0' / Vi' DNL 1 100% V0 / Vi
3.噪声和信噪比 示波器观察 Vno=0.2Vnp/A 超高频毫伏计 Vno=1.13Vn/A 4.幅度过载特征 截止、饱和 测量装置：图3.1.8 5.计数率过载特性 信号堆积 测量装置：图3.1.9 6.上升时间 放大节上升时间<<成形滤波上升时间 n节放大节的放大器 tr≈ tr2 tr2 7.输入阻抗和输出阻抗
二、最佳滤波器（信噪比最大）
数学推导最佳滤波器:
Vi* () jt M H( ) K e S i ( )
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二、电荷灵敏前置放大器
2.3电荷灵敏前置放大器的噪声分析
前置放大器的串联噪声和并联噪声
探测器-前置放大器第一级的信号和主要噪声源的等 效电路。
二、电荷灵敏前置放大器
2.3电荷灵敏前置放大器的噪声分析
前置放大器的串联噪声和并联噪声 探测器漏电流噪声
并联电流噪声源
和信号源是并联的。Rf
的电流噪声,也可以近似看作和信号电流并联，因为放
大器的输出阻抗通常很小。
串联电压噪声源
串联电压噪声源 场效应管的沟道噪声和闪烁噪声为 等效在输入端的串联电压噪声源。
二、电荷灵敏前置放大器
2.3电荷灵敏前置放大器的噪声分析
前置放大器的串联噪声和并联噪声 为了和并联电流噪声源进行比较，可以将串联电压 噪声源等效为与信号并联的电流噪声源。
二、电荷灵敏前置放大器
2.3电荷灵敏前置放大器的噪声分析
前置放大器中a噪声和b噪声和c噪声
将前置放大器的输入电流噪声等效为输出电压噪声可 得：
可见，噪声的功率谱密度函数即 这一噪声总表达式是很有用的，它为进一步抑制噪声， 提高信噪比提供了理论依据。
二、电荷灵敏前置放大器
2.3电荷灵敏前置放大器的噪声分析
核电子学与核仪器
东华理工大学 核工系
上次课关键点
前置放大器的作用与分类
作用：提高信噪比、减少外界干扰的影响、合理 布局，便于调节和使用、实现阻抗转换和匹配 分类：电压灵敏前置放大器、电荷灵敏前置放大 器、电流灵敏前置放大器
电荷灵敏前置放大器的特性
变换增益、输出稳定性、输出噪声、输出脉冲上 升时间及其稳定性、计数率效应
电阻RD热噪声
场效应管栅极漏电流噪声
场效应管沟道噪声
二、电荷灵敏前置放大器
2.3电荷灵敏前置放大器的噪声分析
前置放大器的串联噪声和并联噪声 场效应管闪烁噪声
反馈电阻热噪声
场效应管的栅极感应噪声，由于工艺改进，通常可忽略。
二、电荷灵敏前置放大器
2.3电荷灵敏前置放大器的噪声分析
前置放大器的串联噪声和并联噪声 并联电流噪声源
在把串联电压噪声折算为并联电流噪声时，只与前置
放大器输入端的冷电容
有关，冷
电容越大，等效并联电流噪声就越大，由于Cf本身不 大，冷电容是由输入端的总电容Ci起决定作用。
注意：“冷电容”与前置放大器输入电容的区别，后 者不能忽略Cf的作用。
二、电荷灵敏前置放大器
2.3电荷灵敏前置放大器的噪声分析
前置放大器的串联噪声和并联噪声
降低前置放大器噪声的措施
（1）输入级采用低噪声器件。目前低温运用的结 型场效应管具有最低的噪声，在常温下，结型场 效应管的噪声也比晶体管小得多，所以一般均采 用低噪声场效应管作输入级放大管。
（2）低温运用。当温度T低时，a噪声较小，而且 由于探测器漏电流及场效应管栅极漏电流减少也 使b噪声减少。特别是场效应管的跨导也与温度有 关，在一定温度范围内，gm值要比常温大一倍左 右。
最后计算出的等效并联电流为：
二、电荷灵敏前置放大器
2.3电荷灵敏前置放大器的噪声分析
前置放大器中a噪声和b噪声和c噪声
在前置放大器中，当输入端噪声全等效为并联电流噪 声后，根据其与频率的依赖关系，可分为a噪声，b噪 声和c噪声。 a噪声(与ω2成正比)
b噪声(与ω无关)
d
c噪声(与ω成正比)
二、电荷灵敏前置放大器
Vo
结型场效应管
iD RD
场效应管放大电路的
场效应管是电压控制 器件，它没有偏流， 关键是建立适当的栅
源偏压UGS。
gmVGS RD
引入
结型场效应管
场效应管中电流只由多数载流子形成，所以又称 为单极型晶体管。场效应管的栅极作为电压信号 输入的控制端，正常工作时两个PN结处于反向偏 置，耗尽层电阻极高，只有极小的反向电流流通，ห้องสมุดไป่ตู้这就是栅极电流。 场效应管只有一种多数载流子的定向漂移运动， 所以它的噪声要比晶体管的低。
二、电荷灵敏前置放大器
2.3电荷灵敏前置放大器的噪声分析
降低前置放大器噪声的措施 （3）减少冷电容CΣ。因为CΣ =CD+CS+CA+Cf，除 了CD、CA外，CS可采用输入级紧靠探测器的办法 来减少，Cf则采用合适的反馈电容。 （4）反馈电阻Rf和探测器负载电阻RD，常通过实 验选用低噪声电阻，阻值一般在109Ω—1010Ω左右。 可采用真空兆欧电阻或金属膜电阻，并处于低温 工作，以降低热噪声。
本堂课主要内容：
二、电荷灵敏前置放大器
2.3 电荷灵敏前置放大器的噪声分析 2.4 电荷灵敏前置放大器的进一步改进 2.5 电荷灵敏前置放大器的实验测量
三、电压灵敏前置放大器 四、电流灵敏前置放大器
二、电荷灵敏前置放大器
2.3电荷灵敏前置放大器的噪声分析
对于高分辨率的能谱测量装置，要求探测器 -放大器系统的信噪比尽可能高。在放大器 中一般只考虑在前置放大器第一级减小噪声， 因为第一级产生的噪声为后面各级放大电路 所放大，它在决定整个装置的噪声中起着主 要的作用。
2.3电荷灵敏前置放大器的噪声分析
前置放大器中a噪声和b噪声和c噪声
代入各噪声分量的表达式，整理后得到的输入端总的 并联噪声：
其中
二、电荷灵敏前置放大器
2.3电荷灵敏前置放大器的噪声分析
前置放大器中a噪声和b噪声和c噪声
以a、b、c输入并联电流噪声表示的等效电路：
等效输入端电流噪声
等效输出端电压噪声
（此外，还可从噪声与频率的关系，用滤波网络来限制频带 宽度）
二、电荷灵敏前置放大器
2.3电荷灵敏前置放大器的噪声分析
前置放大器的串联噪声和并联噪声
当反馈足够深时
由图(a) 由图(b)
d v02
Cf Ci C
f
dv2
di2 ( 1 ) jwC f
d v02
最终得到
二、电荷灵敏前置放大器
2.3电荷灵敏前置放大器的噪声分析
前置放大器的串联噪声和并联噪声
引入
结型场效应管
场效应管和普通三 极管一样，可以看 作是受控的电流源， 但它是一种电压控 制的电流源。
转移特性曲线：
是指在一定漏源电压UDS作用 下，栅极电压UGS对漏极电流 ID的控制关系曲线。
引入
结型场效应管
输出特性曲线： 是指在一定栅极电压
UGS作用下，ID与UDS之
间的关系曲线。
引入