核电子学第6课前置放大器课件.ppt

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1、核电子学与核仪器上次课关键点前置放大器的作用与分类作用：提高信噪比、减少外界干扰的影响、合理布局，便于调节和使用、实现阻抗转换和匹配分类：电压灵敏前置放大器、电荷灵敏前置放大器、电流灵敏前置放大器电荷灵敏前置放大器的特性变换增益、输出稳定性、输出噪声、输出脉冲上升时间及其稳定性、计数率效应引入结型场效应管场效应管和普通三极管一样，可以看作是受控的电流源，但它是一种电压控制的电流源。转移特性曲线：是指在一定漏源电压UDS作用下，栅极电压UGS对漏极电流ID的控制关系曲线。引入结型场效应管输出特性曲线：是指在一定栅极

2、电压UGS作用下，ID与UDS之间的关系曲线。引入结型场效应管场效应管放大电路的静态分析：场效应管是电压控制器件，它没有偏流，关键是建立适当的栅源偏压UGS。引入结型场效应管场效应管中电流只由多数载流子形成，所以又称为单极型晶体管。场效应管的栅极作为电压信号输入的控制端，正常工作时两个PN结处于反向偏置，耗尽层电阻极高，只有极小的反向电流流通，这就是栅极电流。场效应管只有一种多数载流子的定向漂移运动，所以它的噪声要比晶体管的低。本堂课主要内容：二、电荷灵敏前置放大器2.3电荷灵敏前置放大器的噪声分析2.4电荷灵

3、敏前置放大器的进一步改进2.5电荷灵敏前置放大器噪声的实验分析三、电压灵敏前置放大器四、电流灵敏前置放大器二、电荷灵敏前置放大器2.3电荷灵敏前置放大器的噪声分析对于高分辨率的能谱测量装置，要求探测器-放大器系统的信噪比尽可能高。在放大器中一般只考虑在前置放大器第一级减小噪声，因为第一级产生的噪声为后面各级放大电路所放大，它在决定整个装置的噪声中起着主要的作用。一般半导体探测器的电荷灵敏前置放大器主要采用噪声较小的结型场效应管作输入级。二、电荷灵敏前置放大器2.3电荷灵敏前置放大器的噪声分析前置放大器的串联噪声和

4、并联噪声探测器-前置放大器第一级的信号和主要噪声源的等效电路。二、电荷灵敏前置放大器2.3电荷灵敏前置放大器的噪声分析前置放大器的串联噪声和并联噪声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二、电荷灵敏前置放大器2.3电荷灵敏前置放大器的噪声分析前置放大器的串联噪声和并联噪声场效应管闪烁噪声反馈电阻热噪声场效应管的栅极感应噪声，由于工艺改进，通常可忽略。二、电荷灵敏前置放大器2.3电荷灵敏前置放大器的噪声分析前置放大器的串联噪声和并联噪声并联电流噪声源并联电流噪声源和信号源是并联的。Rf

5、的电流噪声,也可以近似看作和信号电流并联，因为放大器的输出阻抗通常很小。串联电压噪声源串联电压噪声源场效应管的沟道噪声和闪烁噪声为等效在输入端的串联电压噪声源。二、电荷灵敏前置放大器2.3电荷灵敏前置放大器的噪声分析前置放大器的串联噪声和并联噪声为了和并联电流噪声源进行比较，可以将串联电压噪声源等效为与信号并联的电流噪声源。二、电荷灵敏前置放大器2.3电荷灵敏前置放大器的噪声分析前置放大器的串联噪声和并联噪声当反馈足够深时由图(a)由图(b)最终得到二、电荷灵敏前置放大器2.3电荷灵敏前置放大器的噪声分析前置放大

6、器的串联噪声和并联噪声在把串联电压噪声折算为并联电流噪声时，只与前置放大器输入端的冷电容有关，冷电容越大，等效并联电流噪声就越大，由于Cf本身不大，冷电容是由输入端的总电容Ci起决定作用。注意：“冷电容”与前置放大器输入电容的区别，后者不能忽略Cf的作用。二、电荷灵敏前置放大器2.3电荷灵敏前置放大器的噪声分析前置放大器的串联噪声和并联噪声最后计算出的等效并联电流为：二、电荷灵敏前置放大器2.3电荷灵敏前置放大器的噪声分析前置放大器中a噪声和b噪声和c噪声在前置放大器中，当输入端噪声全等效为并联电流噪声后，根据其

7、与频率的依赖关系，可分为a噪声，b噪声和c噪声。a噪声(与ω2成正比)b噪声(与ω无关)c噪声(与ω成正比)二、电荷灵敏前置放大器2.3电荷灵敏前置放大器的噪声分析前置放大器中a噪声和b噪声和c噪声代入各噪声分量的表达式，整理后得到的输入端总的并联噪声：其中二、电荷灵敏前置放大器2.3电荷灵敏前置放大器的噪声分析前置放大器中a噪声和b噪声和c噪声以a、b、c输入并联电流噪声表示的等效电路：等效输入端电流噪声等效输出端电压噪声二、电荷灵敏前置放大器2.3电荷灵敏前置放大器的噪声分析前置放大器中a噪声和b噪声和c噪声

8、将前置放大器的输入电流噪声等效为输出电压噪声可得：可见，噪声的功率谱密度函数即这一噪声总表达式是很有用的，它为进一步抑制噪声，提高信噪比提供了理论依据。二、电荷灵敏前置放大器2.3电荷灵敏前置放大器的噪声分析降低前置放大器噪声的措施（1）输入级采用低噪声器件。目前低温运用的结型场效应管具有最低的噪声，在常温下，结型场效应管的噪声也比晶体管小得多，所以一般均采用低噪声场效应