前置放大器详细课件

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小结
电荷灵敏前置放大器输出的电压，经过一定的网络成形，也能 产生正比于探测器输出的电流信号。 反过来，电流灵敏前置放大器输出信号既然与探测器输出电流 信号的波形保持一致，也就保留了输入信号的全部信息，包括 电荷信息。
因此，这三类前置放大器在适当情况下可以互相转换。但从 物理测量的要求看：电荷灵敏和电压灵敏前置放大器主要用 于能谱测量分析系统；电流灵敏前置放大器则主要用于时间 测量。
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，放置在探测器附近， 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”，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，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。
CD 探测器的极间电容 CS 连线分布电容 CA 放大器的输入电容
设计电压放大器 时，在其输入端 的总电阻足够大 时，不论探测器 电流脉冲的形状 如何，只要它们 所携带的电荷量
相等，则放大器 输出电压信号的 幅度也相等。
电压灵敏型的问题
电压灵敏前置放大器的主要问题是输入端电容 不稳定 会导致输出电压幅度 的不稳定。 在能谱测量中，这将使系统的能量分辨率降低。
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3、电流灵敏前置放大器
屏蔽电缆
电流灵敏前置放大器是对探测器输出电流信号直接进行放 大，它通常是一个并联反馈电流放大器，如图所示。此时 输出电压或电流，都与输入电流成正比，故称之为电流灵 敏前置放大器。这类前置放大器的输入电阻较小，但时间 响应较好，常用做快放大器，只因相对噪声较大，主要适 用于时间测量系统。
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 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：
前置放大器可以分为： 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三大类。
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1、电压灵敏前置放大器
电压灵敏前置放大器实际上就是电压放大器。
探测器
电压灵敏前置放大器
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§2 电荷灵敏前置放大器
电荷灵敏前置放大器是目前高分辨能谱测量系统中用的最多 的前置放大器，它的输出增益稳定，噪声低，性能好。
器，探测器通常要求后级有高的输入阻抗以利于信号输出，而 前置放大器通过电缆远距离传送给主放大器时，则要求有能与 电缆阻抗相匹配的低的输出阻抗及传递信号。这一阻抗转变特 性在前置放大器电路设计中可以实现。
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二、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，可以有不同的前置放大器：
（1 ）提高系统的信噪比
辐
Cs
射
探测器
源
放大 与测量
由于核辐射探测器一般紧靠辐射源(如放射源、加速器、反应堆等)，所以 探测器工作现场可能是强的辐射场，往往空间狭窄(如井状、冷罐等)，或环 境恶劣(如高温、高压、高腐蚀等)，测试人员不宜在现场工作，而且也不宜 放置大体积的仪器。
如果把核探测器的输出信号直接传送到有一定距离的成套仪器的测量室去， 按图所示来布局，可以发现：探测器与放大器连接的传输线愈长，分布电容 Cs会愈大，则信噪比相应愈小，甚至无法区分信号和噪声(要提高信噪比，必 须减小分布电容Cs)，而要把放大器等主机测量系统紧靠核辐射探测器是不可 能的，因此把放大器分成前置放大器和主放大器两部分，前置放大器的体积 小，并紧靠探测器构成探头，使之分布电容Cs尽量减小，尽可能提高信噪比， 再由屏蔽电缆线远传给主放大器。此外，由于探头的体积小，也便于进行屏 蔽、密封、加固，以适应较恶劣的环境条件。
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（2） 减少外界干扰的相对影响
辐 射 源
CsБайду номын сангаас
探测 器
前置 放大
屏蔽电缆线
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， 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，外界干 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、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，当主放大 器为差分输入时，则采用低噪声双芯屏蔽电缆。
决定于 ， 和 ，它们的不稳定是常会出现的
例如：在使用PN结半导体探测器时探测器的极间电容， 由于偏压不稳定，其结电容 会产生变化，而放大器输入 电容 ，也随输入级增益的变化而变化等等
RD CC +
V
探
-
测
器
AV CD CS CA
在能谱测量中， 使系统的分辨率 降低。因此多用 于低能量分辨率 系统。
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2、电荷灵敏前置放大器
•能否引入一个大电容来相对减少由于 不稳定所带来的影响，而 又不使噪声有明显增加呢，这就是下面要讨论的采用反馈电容的连 接方式的电荷灵敏前置放大器结构。
密勒积分器
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AO为放大器的开 环增益，故有：
输出信号电压幅 度近似等于Cf上 的电压
～109Ω量级
由于反馈电容可 以足够稳定，输 入端等效电容 的影响可以忽略， 输出电压有很好 的稳定性。因此 常用于高能量分 辨率能谱仪系统。
第二章 前置放大器
前置放大器的作用与分类； 电荷灵敏放大器； 电压灵敏放大器； 电流灵敏放大器。
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§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。
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（3） 合理布局，便于调节和使用 为缩小体积，紧靠辐射源的前置放大器通常要求有一定的
放大倍数，工作稳定可靠，并作成非调节式，放大倍数以及成 形时间常数的调节，则由主放大器来完成，主放大器放在测量 室，便于实验者操作调节。
（4） 实现阻抗转换和匹配 前置放大箱是在探测器和主放大器之间可作为一个阻抗转换