第2章++前置放大器.ppt

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1、第二章前置放大器内容提要§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）§1.概述一.前置放大器的作用前置放大器（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。1.提高系统的信噪比图2.1.1（前放紧靠探测器，传输线短，分布电容Cs减小,提高了信噪比）2.减少外界干扰的相对影响图2.1.2(信号经前放初步放大.)3.

2、合理布局,便于调节与使用(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)BACK二.前放的分类(按与配的探测器分类略)按探测器输出信号成形方式的特点分类:1.电压灵敏前放(电压放大器)图2.1.3Ci=CD+CS+CAVoM∝ViM∝Q2.电荷灵敏前放(带有电容负反馈的电流积分器)图2.1.4Cf稳定VOM稳定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.§1习题（P56—57):2.1§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

3、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。3．输出噪声（能量噪声半宽度）例：能量噪声半宽度FWHM(Ge)=1Ke+0.03Ke/PF（无电容时等效噪声能量半宽度噪声斜率）4．上升时间（tr）:输入冲击电流Qδ(t)时上升时间（10%-90%VOM时间）,101ns级5．计数率效应：堆积，输出动态范围，最高计数率问题。图2.2.2图2.2.3图2.2.4BACKBACK二．电荷灵敏前放基本电路和实例分析图2.2.51.电路分析（输入级T1；放大级T2；输出级T3、T4）偏压及滤波；测试；反馈正

4、反馈R6C7改变输出脉冲上升时间；退耦LC、RC。2．定量估算(1)开环增益A0v0≈ve3≈ic2Ra2=-ic1Ra2=-gmviRa2A0=

5、VOM/ViM

6、=gmR’a2=gmRa2/(1-A3)≈3000倍(2)上升时间tr0=2.2Ra2Ca2/(1+A0F)≈2.2Ca(Ci+Cf)/(gmCf)≈22ns图2.2.6BACKBACK三．电荷灵敏前放噪声分析和抑制措施1．前放串联噪声和并联噪声(图2．2.7)噪声源：探测器漏电流ID噪声、电阻RD热噪声、场效应管栅极电流Ig噪声、场效应管沟道热噪声、场效应管闪烁噪声、反馈电阻热噪声。(1)并联电流噪声源(di2）(2

7、)串联电压噪声源(dv2)di2=(ωCΣ)2dv2的证明图2.2.82.a噪声和b噪声和c噪声（频率的依赖关系）a噪声—与ω2成正比的并联电流噪声；b噪声—无关c噪声—与ω成正比的输入并联电流噪声。输入总并联电流噪声：输出总电压噪声：=(a2+b2/ω2+c2/ω2)dω3、降噪措施(1)输入级采用低噪器件(2)运用低温(3)减小冷电容CΣ(4)反馈电阻Rc和探测器负载电阻RD.四.电荷灵敏前放的改进（略）图2.2.10图2.2.11图2.2.12图2.2.13五.电荷灵敏前放噪声的实验测量1.噪声对信号幅度谱的展宽测量噪声图2.2.14FWHMNE=(FWHMx)(E2-E1

8、)/(x2-x1)2.示波器、宽频带电压表测噪声FWHMNV=2.36Vn0Vn0：输出均方根值§2习题(P56—57)：2.22.42.6BACK§3.电压(灵敏)前置放大器一般电路的形式图2.3.1A=v0/vi=(R2+R1)/R1采用FET作输入极的电压灵敏前放图2.3.2电压前放的一个实例图2.3.3BACK§4.电流（灵敏）前置放大器（快前置放大器）电荷/电压灵敏前置放大器图2.4.1低噪声电流的前置放大器图2.4.2AI=I0/Ii=Rf/RLRf较小特点：（1)快响应，可获得时间信息。(2)可远距离传输。(3)输出脉冲上升时间和宽度窄，适合高计数率测量。用于能

9、谱测量图2.4.3第二章习题与思考题(P56—57)：§1:2.1§2:2.22.42.6§3:§4:2.7