核电子学与核仪器-课件5教学提纲.ppt

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1、核电子学与核仪器-课件5第一章重点核电子学中的噪声噪声的衡量：等效噪声电压（ENV）；等效噪声电荷（ENC）；等效噪声能量（ENE）核电子学中的主要噪声有三类：散粒噪声；热噪声；低频噪声积分电路与微分电路本堂课主要内容：一、概述1.1前置放大器的作用1.2前置放大器的分类二、电荷灵敏前置放大器2.1电荷灵敏前置放大器的主要特性2.2电荷灵敏前置放大器的基本电路和实例分析一、概述1.1前置放大器的作用采用电子学方法进行核辐射测量时，要对探测器输出信号进行处理。由于探测器输出信号往往比较小，一般情况下，都首先要通过放大器放大后再进行分析。在实际测量中，探测器附近

2、总有一定的辐射剂量存在，工作人员必须远离辐射现场来操作测量仪器。同时，为了减少探测器输出端到放大器之间的分布电容的影响，减少外界干扰，提高信噪比，并使连接信号用的高频电缆阻抗相匹配，通常把放大器分成前置放大器和主放大器两部分。(在实际测量中，前置放大器的参数很少变动，而由后面的主放大器来调节。)一、概述1.1前置放大器的作用提高系统的信噪比布局1：传输线长，分布电容大，信噪比小。布局2：分布电容小，信噪比高，抗干扰能力强。为什么呢？一、概述1.1前置放大器的作用减少外界干扰的相对影响由于空间电磁干扰的存在，或有时屏蔽和隔离不好，在信号远距离传输时，往往串入外

3、界干扰，需要设法提高信号干扰比。为了更好地抑制外界干扰，前置放大器与探测器一起，通常采取良好的屏蔽、接地、隔离、滤波等措施。在弱信号传输时，还需用屏蔽良好、噪声较小的电缆线，当主放大器为差分输入时，则采用低噪声双芯屏蔽电缆。一、概述1.1前置放大器的作用合理布局，便于调节和使用为缩小体积，紧靠辐射源的前置放大器通常要求有一定的放大倍数，工作稳定可靠，并做成非调节式。实现阻抗转换和匹配前置放大器是在探测器和主放大器之间作为一个阻抗转换器，探测器通常要求后级有高的输入阻抗以便于信号的输出，而前置放大器通过电缆远距离传送给主放大器时，则要求有能与电缆阻抗相匹配的低

4、的输出阻抗及传递信号。一、概述1.2前置放大器的分类前置放大器按不同的特点有几种分类方法：与不同的探测器相配，可有不同的前置放大器，如电离室前置放大器电路，正比计数器前置放大器电路，半导体探测器前置放大器电路和闪烁探测器输出电路等。根据探测器输出信号成形方式的特点分类，前置放大器可分为电压灵敏前置放大器，电荷灵敏前置放大器和电流灵敏前置放大器。一、概述1.2前置放大器的分类电压灵敏前置放大器探测器极间电容：CD；放大器的输入电容：CA；分布电容CS。则放大器的输入端总电容：Ci=CD+CA+CS一、概述1.2前置放大器的分类电压灵敏前置放大器电压灵敏前置放大

5、器的主要问题是输入端总电容Ci决定于CD、CA和CS，它们不是稳定不变的。例如，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，如偏压不稳定，则其结电容CD将发生变化等等；这时Ci也就随之变化。当Ci不稳定时，输出电压幅度也不稳定，在能谱测量中，这将使系统的分辨率降低。在输入端并联大容量的电容器可减小输入总电容中不稳定因素的相对影响，然而，这将使信号幅度减小，信噪比降低。一、概述1.2前置放大器的分类电荷灵敏前置放大器电荷灵敏前置放大器就是带有电容负反馈的电流积分器。一、概述1.2前置放大器的分类电荷灵敏前置放大器由于反馈电容可

6、以足够稳定，输入电容Ci的影响可以忽略，输出电压幅度VOM有很好的稳定性，因此这种电荷灵敏前置放大器常用于高能量分辨率能谱仪系统。为了释放Cf上不断累积的电荷量，并稳定反馈的直流工作点，需要采取一些措施，如附加一个阻值较大的反馈电阻Rf与Cf并联，Rf常称为泄放电阻。一、概述1.2前置放大器的分类电流灵敏前置放大器电流灵敏前置放大器是对探测器输出电流信号直接进行放大。一、概述1.2前置放大器的分类电流灵敏前置放大器电流灵敏前置放大器输入电阻小，但时间响应较好，常用作快放大器，不过其相对噪声较大，主要用于时间测量系统。从电荷(或电压)灵敏与电流灵敏前置放大器两

7、者输出信号保留的信息上并没有绝对的差别。但从物理测量的要求看：电荷灵敏和电压灵敏前置放大器主要用于能谱测量分析系统；电流灵敏前置放大器则主要用于时间测量分析系统。二、电荷灵敏前置放大器电荷灵敏前置放大器具有良好的低噪声性能，并且其输出信号幅度基本上不受探测器极间电容、放大器开环时输入电容和电压增益等参数稳定性的影响。目前高分辨率能谱测量系统中使用的几乎都是电荷灵敏前置放大器。二、电荷灵敏前置放大器2.1电荷灵敏前置放大器的主要特性变换增益二、电荷灵敏前置放大器2.1电荷灵敏前置放大器的主要特性变换增益在电荷灵敏前置放大器中，反馈电容Cf跨接于放大器的反相输入

8、端和输出端之间，放大器采用高增益宽带运算放大器，输出