第3章放大器.ppt

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1、第三章放大器§1.概述§2.谱仪放大器的放大节§3.谱仪放大器中的滤波成形§4.通用谱仪放大器§5.高能量分辨高计数率谱仪放大器（反堆积放大器）§6.快放大器§7.弱电流放大器§1.概述一.放大器在测量系统中的作用放大、成形（滤波成形、基线恢复、堆积拒绝技术）图3.1.1图3.1.2二.谱仪放大器的框图介绍图3.1.3(滤波成形、基线恢复、堆积拒绝)三.基本参量及测量方法1.增益及其稳定性△A/A（△A/A/℃～0.01％、)增益测量方法：图3.1.4定义：用阶跃电压或上升时间足够小，宽度足够宽的矩形脉冲作为输入信号，在一定成形电路常数下，输出幅

2、度/输入幅度。增益稳定性测量2.线性积分非线性～10-3、10-4（其中：△Vomax指实际输出特征与理想特征最大偏差，Vomax指最大输出额定信号幅度）积分非线性直接影响到能量刻度误差及使峰位发生偏移2.线性微分非线性实际测量到的放大器输出特性曲线上某处的斜率，即放大器的实际放大倍数。3.噪声和信噪比示波器观察Vno=0.2Vnp/A超高频毫伏计Vno=1.13Vn/A4.幅度过载特征:截止、饱和过载恢复时间(抗过载性能)：在给定过载程度的条件下，放大器输出波形回到基线并保持在基线附近最大额定输出电压±1%的一个小带内。测量装置：图3.1

3、.85.计数率过载特性信号堆积造成谱线严重畸变：谱峰展宽，峰位移动，假峰。测量装置：6.上升时间放大节上升时间<<成形滤波电路的上升时间n节放大节的放大器tr≈7.输入阻抗和输出阻抗四.其它类型放大器1.偏置放大器（切割放大器）：图3.1.102.快脉冲放大器：tr、td小（100ns～101ns）3.弱电流放大器：电流小10-12A§2.谱仪放大器的放大节一.放大节的结构通常由高增益运算放大器和反馈网络组成。图3.2.1(a)电压并联反馈：A=-Rf/RRif=RRof=Ro/(1+AoF)(b)电压串联反馈：A=1+Rf/RRif=R

4、i(1+AoF)Rof=Ro/(1+AoF)反馈深度的影响讨论：提高反馈深度（AoF）放大倍数的稳定性、非线性、频带、上升时间1+AoF信号反相接法与同相接法的信噪比讨论（图3.2.2)(图3.2.3抑制共模干扰:利用双芯同轴电缆的放大节接法)增益调节的方案：图3.2.4(a)、(b)、(c)其它考虑：极性、阻抗、线形范围。三.集成运放构成的放大节电路（1）上升速率：输入端作用很大的阶跃信号，由于受内部限制而得到输出电压的变化速率，单位：电压/时间。（2）相位补偿在反馈网络低频时，具有180°的固定相移；而到反馈网络的中频段和高频段时，随着频率的变化

5、会产生一个附加的相移，当相移达到180°，回路增益A≥1时产生自激振荡。为保证放大节电路稳定工作，加相位补偿电路。§3.谱仪放大器中的滤波成形一、滤波成形在谱仪放大器中的作用1.抑制系统的噪声，使系统信噪比最佳2.使信号形状满足后继分析电路的要求举例：图3.3.1通过滤波成形后要求输入和输出严格保持线性关系尽可能提高放大器的信噪比减小输入脉冲的宽度，减小堆积和基线的变化，提高电路的计数率响应成形后的最后输出波形应适合后续电路要求滤波成形电路应尽可能简单，参数可调，已达到最佳效果。对谱仪放大器中的滤波成形电路的要求可以简单归结如下：二、最佳滤波器（信

6、噪比最大）数学推导最佳滤波器:二、最佳滤波器（信噪比最大）a.对于白噪声b.对于非白噪声Si(ω)由网络H1（ω）将它变为白噪声探测器-电荷前放输出信号通过理想最佳滤波器后的信噪比信噪比劣值系数其中三、滤波成形电路的信息畸变1.放大器输出信号描述(波形图：图3.3.5图3.3.6)信号最大值VM、正负定义零、延迟时间td、达峰时间tM/tMd、脉冲宽度twd(峰持续时间tw)分辨时间tR2.弹道亏损:tw〖Id(t)〗≠0→VCM＜VCM0RC、id（t）→弹道亏损3.堆积畸变核探测器输出脉冲时间上服从泊松分布。根据坎贝尔定理，在测量时刻t的尾堆积产生

7、的基线偏移的平均值和基线的涨落的均方值：尾堆积对能量分辨率的影响：四、无源滤波成形1.极零相消电路阶跃信号拉氏反变换指数衰减信号反变换图3.3.11大脉冲信号下冲引起过载的现象下冲以后，以一个很大的时间常数缓慢的衰减，恢复到零，影响对正常信号的放大。特别是大脉冲信号下冲会使后级放大器过载，工作在非线性区，对小信号失去放大能力。极零补偿（极零相消）：一零点和另一极点相抵消，消除下冲讨论：α=1，α=0τ1=τi时，消除下冲2.极零相消和RC积分滤波成形电路★τ1=τ2=τ时，3.准高斯滤波成形电路4.(CR)2-(RC)m滤波成形电路1.输出为双极性2.

8、当(m+1)τ-t=0时，信号过零点。3.m级数越多，波形对称性越好。(CR)2-(RC)m双