核仪器概论教学课件ppt前置放大器、谱仪放大器

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1、1核仪器概论2第三章前置放大器第一节概述△探测器与前置放大器连接的等效电路图若RiCi>>Io(t)的持续时间时，V(t)的幅度与Io(t)的积分成正比，即与入射粒子的能量成正比。3一、电压灵敏前置放大器电压+-VoViCDCsCAii探测器电压灵敏前置放大器电压放大器Ci=CD+CA+CSiivivo电压灵敏前置放大器电荷灵敏前置放大器（上述电路忽略了Ri）第二节谱仪前置放大器的类型4放大器输入电容CA可能由于输入级增益不稳定而变化。使用P-N结半导体探测器时，如偏压不稳，则结电容CD将发生变化等。当Ci不稳定时，输出电压幅度VoM也不稳定，在能谱测量中，这将使系统的能量分

2、辨率降低。所以电压灵敏前置放大器一般只适用于能量分辨率比较低的谱仪系统。例如，用闪烁探测器的幅度或能谱测量系统。电压灵敏前置放大器的问题：输入端总电容Ci可能是不稳定的。如：5二、电荷灵敏前置放大器具有良好的低噪声性能。目前高分辨率能谱测量系统(如：各种半导体谱仪)中使用的几乎都是电荷灵敏前置放大器。1、电荷灵敏前置放大器的工作原理6若：AO为开环放大倍数。其中Q为输入电荷，Cifo=Ci+(1+Ao)Cf7如果满足AoCf》Ci＋Cf则实际上反馈电容Cf可以足够稳定，所以输出幅度VoM反映了输入电荷Q的大小且与Ci无关。鉴于这一特点，我们将这种前置放大器称为电荷灵敏前置放大

3、器。只要Cf保持恒定不变，不论Ci、Ao是否稳定，输出电压幅度对输入电荷的“放大倍数”都是稳定的。（实际上Ci：几十pf~上百pfAo：几千)82、电荷灵敏前置放大器的实用电路电荷灵敏前放的实用电路形式有多种，阻容反馈型是最常用的一种。1）、原理电路VoRfCfVi+H.Vii=Qδ(t)DRDCT1(a)交流耦合电路VoRfCfVi-H.Vii=Qδ(t)D(b)直流耦合电路Cf－Rf构成反馈网络（Rf为Cf提供放电回路），因此称这种型式的前置放大器为阻容反馈电荷灵敏放大器。92）、噪声简介VoRfCfCi=CD+Cs+CARDdiDL2diRf2ii-AdiRD2diTL

4、2dVTC2探测器漏电流噪声电阻RD热噪声场效应管栅极漏电流噪声场效应管沟道噪声电阻Rf热噪声a、前置放大器的主要噪声源：VoRfCf+H.VDRDC10对噪声表示方法（如：、）的解释：◇噪声的平均功率：即噪声电压或噪声电流在1Ω电阻上产生的平均功率。或其中：S(ω)称为功率谱密度◇是各频率分量平均功率之和：11上述各噪声源：场效应管沟道噪声被称为“串联噪声”，又称a噪声。其余各噪声源被称为“并联噪声”，又称b噪声。从上式可见：C∑越小，a噪声越小。因此前放与探测器靠得越近，放大器的总噪声越小。(k：波尔兹曼常数。T：绝对温度)123）、主要性能指标（1）、灵敏度定义1：电荷

5、灵敏前放输出电压信号VOM与输入电荷量Q的比。用符号ACQ表示。（Cf小，可得到较大的变换增益，但Cf要有良好的稳定性。）电荷灵敏度。13定义2：探测器材料沉积的每MeV能量在放大器输出端可得到多少mV信号，用符号ACE表示。对硅探测器：Cf＝1pf时,ACE＝44mv/MeVCf＝0.1pf时，ACE＝440mv/MeV（其中e为电子电荷，W为探测器的平均电离能。）或（室温下的硅(Si)：W＝3.61eV低温（77K）下的锗（Ge）:W=2.96eV）能量灵敏度。14a、前放的噪声通常是：将放大系统（包括：探测器、前放、主放）输出端的噪声（用Von表示）折合到前放的输入端的

6、等效噪声。◇给出电荷灵敏前放的噪声指标之前几个概念应先讲述清楚。（2）、噪声指标15b、电荷灵敏前置放大器的噪声指标，通常是用等效噪声能量线宽FWHMNE的概念给出的。相对计数ENEENE1.000.610.500FWHMNE能量以上是高斯形噪声能谱曲线，图中ENE为折算到前放输入端的等效噪声能量。其半高宽被称为等效噪声能量线宽，用FWHMNE表示。16＊和前置放大器的噪声源有关。＊与探测器所用材料有关。（锗和硅的平均电离能不同）＊和主放大器中的滤波器形式及时间常数有关。（后面讲）d、FWHMNE的值主要与哪些因素有关？FWHMNE＝2.355ENE。单位为eV。（Ao为主放

7、的电压增益）c、等效噪声能量线宽的计算方法:17所以在具体给出某一系统的噪声线宽时，必需说明主放大器中使用什么样的滤波器和多大的时间常数（道理后面讲）。同时还应注明探测器的材料是锗还是硅。例如：CR-RC成形，时间常数10μs，噪声线宽为200eV(Si)。18零电容噪声：表示前置放大器的固有噪声，即不带探测器、不外加电容时的噪声。噪声斜率：定义为前置放大器输入端对地之间每外加1pF电容时噪声增加多少。噪声斜率用来估计在接上探测器时，它的极间电容对噪声的影响。◇产品说明中给出的噪声指标：由于探测器—前置