《前置放大器》PPT课件

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1、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）第二章前置放大器基　本　内　容放大器的的作用和分类电荷灵敏前置放大器电压灵敏前置放大器电流灵敏前置放大器目　的　与　要　求(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。3前置放大器与探

2、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。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。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。4前置放大器的作用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

3、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。52.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

4、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。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)67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8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

5、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9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。探测器电流iD(t)积分型前置放大器10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+CAiCD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

6、在闪烁探测器后面。如果在输入端并联大的电容？幅度，噪声11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。12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Cif=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，输出信号幅度保持与电荷量正比关系。13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

7、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.电流灵敏前放(电流前放,并联反馈电流放大器)图2.1.51,2用于能谱测量,3用于时间测量.§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)能量变换增益2.输出稳定性令F=Cf/(Ci+Cf)≈Cf/Ci若A0>>1,A0F>>1。A0F足够大时，稳定。17输出电压稳定性我们要求输出电压幅度尽可能不随开环放大倍数和输入电容的变化而变化，可以用输出幅度相对变化来衡量其稳定性的好坏。为了提高

8、稳定性，可以增大开环增益A0，提高反馈系数F(减小Ci)。3．输出噪声（能量噪声半宽度）例：能量噪声半宽度F