核 电 子 学 方 法 - 中国科学技术大学
24页1、3、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。一、前置放大器的作用 从探测器输出端获得所需的电信号(能量、时间); 预放大探测器的输出信号,以获得较好的信号噪声比; 进行阻抗变换,减少信号传输中的干扰。 使能量、时间的测量更加准确1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)CD为探测器输出电容 CS为分布电容 Cai为放大器输入电容2前置放大器的分类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 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3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。 近似认为探测器电流 iD(t)=Qd(t)4、积分型前置放大器4电压灵敏前置放大器典型电路怀射极特跟随器 对正负脉冲都有较好的 过渡特性 当输入正脉冲时, T1电流变小,输
2、出电流 如蓝色箭头方向 当输入负脉冲时, T1电流变大,输出电流 如绿色箭头方向 C*为加速电容, 正脉冲瞬间,T1电 流减小,通过电容的耦 合,降低T2 的b,e极电压 ,增加输出电流。同理 ,负脉冲瞬间,c*会减 少输出电流。光电倍增管的输出电路5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6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。 7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
3、, 输出信号幅度保持与电荷量正比关 系。 8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,电流电压 T3管接成一个射极跟随器作为输出极。 T1管的变换增益 (T1管的跨导) T2管的变换增益 T3管的变换增益 G3=1此放大器的开环增益为 若 ,则A0 = 2500 19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108109,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。 (3)T2管采用共基电路的目的是为了减小因米勒效 应引起输入电容的增加,使保持在很小值。10电荷放大器的主要性能指标 1电荷电压转换增益GQV: 定义为单位输入电荷产生的输出电压幅度,即 若把探测器也包括在内,定义能量电压转换增益 其中e为电子电荷,等于1.610-19库仑, 为平均电离能,对 于硅半导体探测器,则112上升时间 (10%-90%) 实际放大器具有一定频带宽,对频带影响最大的是T2管集电极电 路,考虑到 并联的
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