核電子學(xué)-前置放大器2

1、核電子學(xué)與核儀器東華理工大學(xué)東華理工大學(xué)核工系核工系第一章重點(diǎn)第一章重點(diǎn)n核輻射探測(cè)器等效電路及其信號(hào)引出核輻射探測(cè)器等效電路及其信號(hào)引出第一章重點(diǎn)第一章重點(diǎn)n核電子學(xué)中的噪聲核電子學(xué)中的噪聲 噪聲的衡量：噪聲的衡量： 等效噪聲電壓（等效噪聲電壓（ENV）；等效噪聲電荷（）；等效噪聲電荷（ENC）；）；等效噪聲能量（等效噪聲能量（ENE） 核電子學(xué)中的主要噪聲有三類：核電子學(xué)中的主要噪聲有三類： 散粒噪聲；熱噪聲；低頻噪聲散粒噪聲；熱噪聲；低頻噪聲n積分電路與微分電路積分電路與微分電路本堂課主要內(nèi)容：本堂課主要內(nèi)容：n一、概述一、概述1.1 前置放大器的作用前置放大器的作用1.2 前置放大器的

2、分類前置放大器的分類n二、電荷靈敏前置放大器二、電荷靈敏前置放大器2.1 電荷靈敏前置放大器的電荷靈敏前置放大器的主要特性主要特性2.2 電荷靈敏前置放大器的基本電路和實(shí)例分析電荷靈敏前置放大器的基本電路和實(shí)例分析一、概述一、概述n1.1前置放大器的作用前置放大器的作用 采用電子學(xué)方法進(jìn)行核輻射測(cè)量時(shí)，要對(duì)探測(cè)器輸出信采用電子學(xué)方法進(jìn)行核輻射測(cè)量時(shí)，要對(duì)探測(cè)器輸出信號(hào)進(jìn)行處理。由于探測(cè)器輸出信號(hào)往往比較小，一般情號(hào)進(jìn)行處理。由于探測(cè)器輸出信號(hào)往往比較小，一般情況下，都首先要通過(guò)況下，都首先要通過(guò)放大器放大器放大后再進(jìn)行分析。放大后再進(jìn)行分析。 在實(shí)際測(cè)量中，探測(cè)器附近總有一定的在實(shí)際測(cè)量中，探

3、測(cè)器附近總有一定的輻射劑量輻射劑量存在，存在，工作人員必須遠(yuǎn)離輻射現(xiàn)場(chǎng)來(lái)操作測(cè)量?jī)x器。同時(shí)，為工作人員必須遠(yuǎn)離輻射現(xiàn)場(chǎng)來(lái)操作測(cè)量?jī)x器。同時(shí)，為了減少探測(cè)器輸出端到放大器之間的了減少探測(cè)器輸出端到放大器之間的分布電容分布電容的影響，的影響，減少外界干擾，提高減少外界干擾，提高信噪比信噪比，并使連接信號(hào)用的高頻電，并使連接信號(hào)用的高頻電纜阻抗相匹配，通常把放大器分成纜阻抗相匹配，通常把放大器分成前置放大器前置放大器和和主放大主放大器器兩部分。兩部分。(在實(shí)際測(cè)量中，前置放大器的參數(shù)很少變動(dòng)，在實(shí)際測(cè)量中，前置放大器的參數(shù)很少變動(dòng)，而由后面的主放大器來(lái)調(diào)節(jié)。而由后面的主放大器來(lái)調(diào)節(jié)。)一、概述一、概

4、述n1.1前置放大器的作用前置放大器的作用提高系統(tǒng)的信噪比提高系統(tǒng)的信噪比布局布局1：傳輸線：傳輸線長(zhǎng)，分布電容大，長(zhǎng)，分布電容大，信噪比低。信噪比低。 布局布局2：分布電：分布電容小，信噪比高，容小，信噪比高，抗干擾能力強(qiáng)?？垢蓴_能力強(qiáng)。 為什么呢？為什么呢？一、概述一、概述n1.1前置放大器的作用前置放大器的作用減少外界干擾的相對(duì)影響減少外界干擾的相對(duì)影響 由于空間電磁干擾的存在，或有時(shí)由于空間電磁干擾的存在，或有時(shí)屏蔽屏蔽和和隔離隔離不好，不好，在信號(hào)遠(yuǎn)距離傳輸時(shí)，往往串入外界干擾，需要設(shè)在信號(hào)遠(yuǎn)距離傳輸時(shí)，往往串入外界干擾，需要設(shè)法提高法提高信號(hào)干擾比信號(hào)干擾比。 為了更好地抑制外界干

5、擾，前置放大器與探測(cè)器一為了更好地抑制外界干擾，前置放大器與探測(cè)器一起，通常采取良好的起，通常采取良好的屏蔽、接地、隔離、濾波屏蔽、接地、隔離、濾波等措等措施。在弱信號(hào)傳輸時(shí)，還需用屏蔽良好、噪聲較小施。在弱信號(hào)傳輸時(shí)，還需用屏蔽良好、噪聲較小的的電纜線電纜線，當(dāng)主放大器為，當(dāng)主放大器為差分輸入差分輸入時(shí)，則采用低噪時(shí)，則采用低噪聲聲雙芯屏蔽電纜雙芯屏蔽電纜。一、概述一、概述n1.1前置放大器的作用前置放大器的作用合理布局，便于調(diào)節(jié)和使用合理布局，便于調(diào)節(jié)和使用 為縮小體積，緊靠輻射源的前置放大器通常要求有一定為縮小體積，緊靠輻射源的前置放大器通常要求有一定的的放大倍數(shù)放大倍數(shù)，工作，工作穩(wěn)定

6、可靠穩(wěn)定可靠，并做成，并做成非調(diào)節(jié)非調(diào)節(jié)式。式。實(shí)現(xiàn)阻抗轉(zhuǎn)換和匹配實(shí)現(xiàn)阻抗轉(zhuǎn)換和匹配 前置放大器是在探測(cè)器和主放大器之間作為一個(gè)前置放大器是在探測(cè)器和主放大器之間作為一個(gè)阻抗轉(zhuǎn)阻抗轉(zhuǎn)換器換器，探測(cè)器通常要求后級(jí)有，探測(cè)器通常要求后級(jí)有高的輸入阻抗高的輸入阻抗以便于信號(hào)以便于信號(hào)的輸出，而前置放大器通過(guò)電纜遠(yuǎn)距離傳送給主放大器的輸出，而前置放大器通過(guò)電纜遠(yuǎn)距離傳送給主放大器時(shí)，則要求有能與電纜阻抗相時(shí)，則要求有能與電纜阻抗相匹配匹配的的低的輸出阻抗低的輸出阻抗及傳及傳遞信號(hào)。遞信號(hào)。一、概述一、概述n1.2前置放大器的分類前置放大器的分類 前置放大器按不同的特點(diǎn)有幾種分類方法：前置放大器按不同的

7、特點(diǎn)有幾種分類方法： 與不同的探測(cè)器相配，可有不同的前置放大器，如與不同的探測(cè)器相配，可有不同的前置放大器，如電離室前置放大器電路，正比計(jì)數(shù)器前置放大器電電離室前置放大器電路，正比計(jì)數(shù)器前置放大器電路，半導(dǎo)體探測(cè)器前置放大器電路和閃爍探測(cè)器輸路，半導(dǎo)體探測(cè)器前置放大器電路和閃爍探測(cè)器輸出電路等。出電路等。 根據(jù)探測(cè)器輸出信號(hào)根據(jù)探測(cè)器輸出信號(hào)成形方式成形方式的特點(diǎn)分類，前置放的特點(diǎn)分類，前置放大器可分為大器可分為電壓靈敏前置放大器，電荷靈敏前置放電壓靈敏前置放大器，電荷靈敏前置放大器和電流靈敏前置放大器。大器和電流靈敏前置放大器。一、概述一、概述n1.2前置放大器的分類前置放大器的分類電壓靈敏

8、前置放大器電壓靈敏前置放大器 探測(cè)器極間電容探測(cè)器極間電容：CD；放大器的輸入電容放大器的輸入電容：CA；分布分布電容電容CS。則放大器的輸入端總電容：。則放大器的輸入端總電容：Ci= CD+ CA+ CS01( )wtiMDiVit dtQC oMiMVVQ一、概述一、概述n1.2前置放大器的分類前置放大器的分類電壓靈敏前置放大器電壓靈敏前置放大器 電壓靈敏前置放大器的主要問(wèn)題是電壓靈敏前置放大器的主要問(wèn)題是輸入端總電容輸入端總電容Ci決定決定于于CD、CA和和CS，它們不是穩(wěn)定不變的，它們不是穩(wěn)定不變的。例如，放大器。例如，放大器輸入電容輸入電容CA可能由于可能由于輸入級(jí)增益輸入級(jí)增益不穩(wěn)

9、定而變化；使用不穩(wěn)定而變化；使用P-N結(jié)半導(dǎo)體探測(cè)器時(shí)，如偏壓不穩(wěn)定，則其結(jié)電容結(jié)半導(dǎo)體探測(cè)器時(shí)，如偏壓不穩(wěn)定，則其結(jié)電容CD將發(fā)生變化等等；這時(shí)將發(fā)生變化等等；這時(shí)Ci也就隨之變化。當(dāng)也就隨之變化。當(dāng)Ci不穩(wěn)定時(shí)，不穩(wěn)定時(shí)，輸出電壓幅度也不穩(wěn)定，在能譜測(cè)量中，這將使系統(tǒng)輸出電壓幅度也不穩(wěn)定，在能譜測(cè)量中，這將使系統(tǒng)的分辨率降低。在輸入端的分辨率降低。在輸入端并聯(lián)大容量并聯(lián)大容量的電容器可減小的電容器可減小輸入總電容中不穩(wěn)定因素的相對(duì)影響，然而，這將使輸入總電容中不穩(wěn)定因素的相對(duì)影響，然而，這將使信號(hào)幅度信號(hào)幅度減小減小，信噪比，信噪比降低降低。一、概述一、概述n1.2前置放大器的分類前置放大

10、器的分類電荷靈敏前置放大器電荷靈敏前置放大器 電荷靈敏前置放大器就是帶有電荷靈敏前置放大器就是帶有電容負(fù)反饋電容負(fù)反饋的的電流積分器電流積分器。oMffQVVC一、概述一、概述n1.2前置放大器的分類前置放大器的分類電荷靈敏前置放大器電荷靈敏前置放大器 由于反饋電容可以足夠穩(wěn)定，輸入電容由于反饋電容可以足夠穩(wěn)定，輸入電容Ci的影響可的影響可以以忽略忽略，輸出電壓幅度，輸出電壓幅度VOM有很好的有很好的穩(wěn)定性穩(wěn)定性，因此，因此這種電荷靈敏前置放大器常用于這種電荷靈敏前置放大器常用于高能量分辨率高能量分辨率能能譜儀系統(tǒng)。譜儀系統(tǒng)。 為了釋放為了釋放Cf上不斷累積的電荷量，并穩(wěn)定反饋的直上不斷累積的

11、電荷量，并穩(wěn)定反饋的直流工作點(diǎn)，需要采取一些措施，如附加一個(gè)阻值流工作點(diǎn)，需要采取一些措施，如附加一個(gè)阻值較大的反饋電阻較大的反饋電阻Rf與與Cf并聯(lián)，并聯(lián)，Rf常稱為常稱為泄放電阻泄放電阻。一、概述一、概述n1.2前置放大器的分類前置放大器的分類電流靈敏前置放大器電流靈敏前置放大器 電流靈敏前置放大器是對(duì)探測(cè)器輸出電流靈敏前置放大器是對(duì)探測(cè)器輸出電流信號(hào)電流信號(hào)直接直接進(jìn)行放大。進(jìn)行放大。一、概述一、概述n1.2前置放大器的分類前置放大器的分類電流靈敏前置放大器電流靈敏前置放大器 電流靈敏前置放大器電流靈敏前置放大器輸入電阻小輸入電阻小，但，但時(shí)間響應(yīng)時(shí)間響應(yīng)較好，較好，常用作常用作快放大器

12、快放大器，不過(guò)其相對(duì)，不過(guò)其相對(duì)噪聲較大噪聲較大，主要用于，主要用于時(shí)時(shí)間測(cè)量系統(tǒng)。間測(cè)量系統(tǒng)。 從電荷從電荷(或電壓或電壓)靈敏與電流靈敏前置放大器兩者輸出信靈敏與電流靈敏前置放大器兩者輸出信號(hào)保留的信息上并沒(méi)有號(hào)保留的信息上并沒(méi)有絕對(duì)的差別絕對(duì)的差別。但從物理測(cè)量的。但從物理測(cè)量的要求看：電荷靈敏和電壓靈敏前置放大器主要用于要求看：電荷靈敏和電壓靈敏前置放大器主要用于能能譜測(cè)量分析譜測(cè)量分析系統(tǒng)；電流靈敏前置放大器則主要用于系統(tǒng)；電流靈敏前置放大器則主要用于時(shí)時(shí)間測(cè)量分析間測(cè)量分析系統(tǒng)。系統(tǒng)。二、電荷靈敏前置放大器二、電荷靈敏前置放大器n電荷靈敏前置放大器具有電荷靈敏前置放大器具有良好的低

13、噪聲性能良好的低噪聲性能，并且其并且其輸出信號(hào)幅度輸出信號(hào)幅度基本上不受探測(cè)器極間基本上不受探測(cè)器極間電容、放大器開(kāi)環(huán)時(shí)輸入電容和電壓增益等電容、放大器開(kāi)環(huán)時(shí)輸入電容和電壓增益等參數(shù)參數(shù)穩(wěn)定性穩(wěn)定性的影響。的影響。n目前高分辨率能譜測(cè)量系統(tǒng)中使用的幾乎都目前高分辨率能譜測(cè)量系統(tǒng)中使用的幾乎都是電荷靈敏前置放大器是電荷靈敏前置放大器 。二、電荷靈敏前置放大器二、電荷靈敏前置放大器n2.1電荷靈敏前置放大器的主要特性電荷靈敏前置放大器的主要特性變換增益變換增益OMCQVAQ 二、電荷靈敏前置放大器二、電荷靈敏前置放大器n2.1電荷靈敏前置放大器的主要特性電荷靈敏前置放大器的主要特性變換增益變換增益

14、 在電荷靈敏前置放大器中，在電荷靈敏前置放大器中，反饋電容反饋電容Cf跨接于放大器的跨接于放大器的反相輸入端和輸出端之間，放大器采用反相輸入端和輸出端之間，放大器采用高增益寬帶運(yùn)算高增益寬帶運(yùn)算放大器放大器，輸出阻抗，輸出阻抗很小很小，開(kāi)環(huán)增益，開(kāi)環(huán)增益Ao很大很大。 把反饋電容等效到輸入端，由于把反饋電容等效到輸入端，由于密勒效應(yīng)密勒效應(yīng)，總的輸，總的輸入電容為：入電容為： 則則0(1)ififCCA C00(1)twDiMififi dtQVCCA C 二、電荷靈敏前置放大器二、電荷靈敏前置放大器n2.1電荷靈敏前置放大器的主要特性電荷靈敏前置放大器的主要特性變換增益變換增益 由于運(yùn)算放大

15、器的增益一般很大，所以輸入信號(hào)可簡(jiǎn)由于運(yùn)算放大器的增益一般很大，所以輸入信號(hào)可簡(jiǎn)化為：化為： 則輸出信號(hào)為：則輸出信號(hào)為： 對(duì)于電荷靈敏前置放大器，運(yùn)算放大器的開(kāi)環(huán)增益對(duì)于電荷靈敏前置放大器，運(yùn)算放大器的開(kāi)環(huán)增益Ao足夠大時(shí)，電荷足夠大時(shí)，電荷變換增益變換增益ACQ僅與僅與反饋元件反饋元件Cf有關(guān)，因有關(guān)，因此只要采用此只要采用高穩(wěn)定精密高穩(wěn)定精密的反饋電容，就可得到穩(wěn)定的的反饋電容，就可得到穩(wěn)定的電荷變換增益。電荷變換增益。0iMfQVA C 00(1)oMiffA QQVCA CC二、電荷靈敏前置放大器二、電荷靈敏前置放大器n2.1電荷靈敏前置放大器的主要特性電荷靈敏前置放大器的主要特性變

16、換增益變換增益 此外，還可以定義此外，還可以定義能量變換增益能量變換增益ACE，它表示相，它表示相應(yīng)于單位能量的射線被探測(cè)時(shí)，前置放大器輸出應(yīng)于單位能量的射線被探測(cè)時(shí)，前置放大器輸出幅度的大小。幅度的大小。 一般，探測(cè)器輸出信號(hào)幅度經(jīng)過(guò)前置放大器放大后比一般，探測(cè)器輸出信號(hào)幅度經(jīng)過(guò)前置放大器放大后比探測(cè)器直接輸出的信號(hào)要探測(cè)器直接輸出的信號(hào)要大一個(gè)數(shù)量級(jí)大一個(gè)數(shù)量級(jí)，相對(duì)于，相對(duì)于毫伏毫伏量級(jí)量級(jí)的一般干擾，前置放大器輸出信號(hào)的抗干擾能力的一般干擾，前置放大器輸出信號(hào)的抗干擾能力要強(qiáng)的多。要強(qiáng)的多。CEfeAC w 二、電荷靈敏前置放大器二、電荷靈敏前置放大器n2.1電荷靈敏前置放大器的主要特

17、性電荷靈敏前置放大器的主要特性輸出穩(wěn)定性輸出穩(wěn)定性 電荷靈敏前置放大器的輸出信號(hào)幅度為：電荷靈敏前置放大器的輸出信號(hào)幅度為： 放大器開(kāi)環(huán)增益放大器開(kāi)環(huán)增益Ao和輸入電容的變化對(duì)輸出穩(wěn)定性的和輸入電容的變化對(duì)輸出穩(wěn)定性的影響為：影響為：00(1)oMiffA QQVCA CC二、電荷靈敏前置放大器二、電荷靈敏前置放大器n2.1電荷靈敏前置放大器的主要特性電荷靈敏前置放大器的主要特性輸出穩(wěn)定性輸出穩(wěn)定性 引入引入反饋深度反饋深度AoF，則，則 要要提高輸出穩(wěn)定性提高輸出穩(wěn)定性，減小相對(duì)變化量，要求，減小相對(duì)變化量，要求AoF足夠大足夠大。一般一般Cf取得較小，所以反饋系數(shù)取得較小，所以反饋系數(shù)F值

18、也較小，此時(shí)放大值也較小，此時(shí)放大器開(kāi)環(huán)增益器開(kāi)環(huán)增益Ao必須必須很高很高。二、電荷靈敏前置放大器二、電荷靈敏前置放大器n2.1電荷靈敏前置放大器的主要特性電荷靈敏前置放大器的主要特性輸出噪聲輸出噪聲 在測(cè)量中，除了真正有用的信號(hào)外，同時(shí)由許多噪聲在測(cè)量中，除了真正有用的信號(hào)外，同時(shí)由許多噪聲源所產(chǎn)生的噪聲與信號(hào)源所產(chǎn)生的噪聲與信號(hào)疊加疊加在一起，因此要提高測(cè)量在一起，因此要提高測(cè)量精度必須精度必須減小噪聲減小噪聲，盡量提高信噪比，這一性能指標(biāo)，盡量提高信噪比，這一性能指標(biāo)對(duì)前置放大器電路是很重要的。對(duì)前置放大器電路是很重要的。 前置放大器噪聲常用前置放大器噪聲常用能量半高寬能量半高寬FWHM

19、來(lái)表示，例如來(lái)表示，例如某 電 荷 靈 敏 前 置 放 大 器 的某 電 荷 靈 敏 前 置 放 大 器 的 噪 聲 特 性噪 聲 特 性 可 表 示 為可 表 示 為FWHM(Ge)=1keV+0.03keV/pF，前一項(xiàng)為無(wú)外接電容，前一項(xiàng)為無(wú)外接電容時(shí)的時(shí)的等效噪聲半寬度等效噪聲半寬度，后一項(xiàng)為其，后一項(xiàng)為其噪聲斜率噪聲斜率。二、電荷靈敏前置放大器二、電荷靈敏前置放大器n2.1電荷靈敏前置放大器的主要特性電荷靈敏前置放大器的主要特性輸出脈沖上升時(shí)間輸出脈沖上升時(shí)間(tr)及其穩(wěn)定性及其穩(wěn)定性 上升時(shí)間上升時(shí)間tr，是指輸入一個(gè)階躍信號(hào)時(shí)輸出信號(hào)，是指輸入一個(gè)階躍信號(hào)時(shí)輸出信號(hào)脈沖前脈沖前

20、沿由幅度沿由幅度10%的變化到的變化到90%的時(shí)間的時(shí)間，通常希望前置放，通常希望前置放大器在時(shí)間上能較快的響應(yīng)，要求上升時(shí)間大器在時(shí)間上能較快的響應(yīng)，要求上升時(shí)間越小越好越小越好。 輸出脈沖上升時(shí)間輸出脈沖上升時(shí)間tr取決于前置放大器取決于前置放大器本身本身的上升時(shí)間、的上升時(shí)間、探測(cè)器電流脈沖探測(cè)器電流脈沖持續(xù)時(shí)間持續(xù)時(shí)間、以及探測(cè)器、以及探測(cè)器極間電容極間電容。通。通常定義前置放大器本身上升時(shí)間常定義前置放大器本身上升時(shí)間tro是指前置放大器在是指前置放大器在輸入沖擊電流輸入沖擊電流Q(t)時(shí)，輸出電壓的上升時(shí)間。時(shí)，輸出電壓的上升時(shí)間。二、電荷靈敏前置放大器二、電荷靈敏前置放大器n2.

21、1電荷靈敏前置放大器的主要特性電荷靈敏前置放大器的主要特性計(jì)數(shù)率效應(yīng)計(jì)數(shù)率效應(yīng) 計(jì)數(shù)率效應(yīng)包括計(jì)數(shù)率效應(yīng)包括信號(hào)堆積信號(hào)堆積、輸出動(dòng)態(tài)范圍輸出動(dòng)態(tài)范圍和和最高計(jì)數(shù)最高計(jì)數(shù)率率等問(wèn)題。從探測(cè)器輸出單個(gè)信號(hào)來(lái)看，前置放大器等問(wèn)題。從探測(cè)器輸出單個(gè)信號(hào)來(lái)看，前置放大器輸出信號(hào)的輸出信號(hào)的幅度較小幅度較小，而且實(shí)際探測(cè)器輸出是大量的，而且實(shí)際探測(cè)器輸出是大量的隨機(jī)脈沖隨機(jī)脈沖，它對(duì)前置放大器線性工作的動(dòng)態(tài)范圍提出，它對(duì)前置放大器線性工作的動(dòng)態(tài)范圍提出一定的要求。一定的要求。 在電荷靈敏前置放大器中，由于對(duì)反饋電容在電荷靈敏前置放大器中，由于對(duì)反饋電容Cf的的充電充電作用作用，信號(hào)是一個(gè)一個(gè)的，信號(hào)是一

22、個(gè)一個(gè)的累加累加上去的，如果不給上去的，如果不給Cf上上的電荷以的電荷以放電通路放電通路的話，那么不斷充電的結(jié)果，將使的話，那么不斷充電的結(jié)果，將使放大器放大器無(wú)法工作無(wú)法工作。二、電荷靈敏前置放大器二、電荷靈敏前置放大器n2.1電荷靈敏前置放大器的主要特性電荷靈敏前置放大器的主要特性計(jì)數(shù)率效應(yīng)計(jì)數(shù)率效應(yīng) 探測(cè)器與探測(cè)器與電荷靈敏電荷靈敏前置放大前置放大器采用器采用直直流耦合流耦合。 二、電荷靈敏前置放大器二、電荷靈敏前置放大器n2.1電荷靈敏前置放大器的主要特性電荷靈敏前置放大器的主要特性計(jì)數(shù)率效應(yīng)計(jì)數(shù)率效應(yīng) 當(dāng)輸入單個(gè)電流當(dāng)輸入單個(gè)電流Q(t)時(shí)，由于反饋放大器輸入端為虛時(shí)，由于反饋放大器

23、輸入端為虛地，則地，則輸出電壓輸出電壓為為 如輸出信號(hào)的平均計(jì)數(shù)率為如輸出信號(hào)的平均計(jì)數(shù)率為n時(shí)，每個(gè)電流脈沖的電荷時(shí)，每個(gè)電流脈沖的電荷量為量為Q，則堆積的，則堆積的輸出信號(hào)的平均值輸出信號(hào)的平均值為為二、電荷靈敏前置放大器二、電荷靈敏前置放大器n2.1電荷靈敏前置放大器的主要特性電荷靈敏前置放大器的主要特性計(jì)數(shù)率效應(yīng)計(jì)數(shù)率效應(yīng) 由于探測(cè)器輸出脈沖在時(shí)間上是由于探測(cè)器輸出脈沖在時(shí)間上是隨機(jī)分布隨機(jī)分布的，實(shí)際輸?shù)?，?shí)際輸出電壓出電壓Vo是圍繞其平均值上下是圍繞其平均值上下起伏起伏的。的。 當(dāng)平均計(jì)數(shù)率當(dāng)平均計(jì)數(shù)率n較高時(shí)，輸出電壓的上下漲落分布可近較高時(shí)，輸出電壓的上下漲落分布可近似表示為似

24、表示為高斯分布高斯分布。則前置放大器的動(dòng)態(tài)范圍應(yīng)不小。則前置放大器的動(dòng)態(tài)范圍應(yīng)不小于：于：二、電荷靈敏前置放大器二、電荷靈敏前置放大器n2.1電荷靈敏前置放大器的主要特性電荷靈敏前置放大器的主要特性計(jì)數(shù)率效應(yīng)計(jì)數(shù)率效應(yīng) 探測(cè)器與探測(cè)器與電荷靈敏電荷靈敏前置放大前置放大器采用器采用交交流耦合。流耦合。 二、電荷靈敏前置放大器二、電荷靈敏前置放大器n2.1電荷靈敏前置放大器的主要特性電荷靈敏前置放大器的主要特性計(jì)數(shù)率效應(yīng)計(jì)數(shù)率效應(yīng) 上述電荷靈敏前置放大器的主要指標(biāo)上述電荷靈敏前置放大器的主要指標(biāo)(變換增益、變換增益、輸出穩(wěn)定性、輸出噪聲、輸出上升時(shí)間和計(jì)數(shù)率輸出穩(wěn)定性、輸出噪聲、輸出上升時(shí)間和計(jì)數(shù)

25、率效應(yīng)效應(yīng))，為具體電路的設(shè)計(jì)考慮和分析研究明確了，為具體電路的設(shè)計(jì)考慮和分析研究明確了要求要求。但應(yīng)該注意各項(xiàng)指標(biāo)的。但應(yīng)該注意各項(xiàng)指標(biāo)的性能高低性能高低，需要結(jié)，需要結(jié)合具體物理實(shí)驗(yàn)需要，合具體物理實(shí)驗(yàn)需要，全面權(quán)衡考慮全面權(quán)衡考慮，因?yàn)閷?shí)際，因?yàn)閷?shí)際上有些指標(biāo)是上有些指標(biāo)是相互牽制、制約相互牽制、制約的，不應(yīng)該片面地的，不應(yīng)該片面地強(qiáng)調(diào)某一指標(biāo)。強(qiáng)調(diào)某一指標(biāo)。二、電荷靈敏前置放大器二、電荷靈敏前置放大器n2.2電荷靈敏前置放大器的基本電路與實(shí)例電荷靈敏前置放大器的基本電路與實(shí)例電荷電荷靈敏靈敏前置前置放大放大器的器的一種一種典型典型電路電路二、電荷靈敏前置放大器二、電荷靈敏前置放大器n2

26、.2電荷靈敏前置放大器的基本電路與實(shí)例電荷靈敏前置放大器的基本電路與實(shí)例n工作過(guò)程工作過(guò)程：n半導(dǎo)體探測(cè)器半導(dǎo)體探測(cè)器D經(jīng)過(guò)經(jīng)過(guò)負(fù)載電阻負(fù)載電阻由高壓電源由高壓電源供電供電。為為隔直流電容隔直流電容。Rf用來(lái)釋放用來(lái)釋放Cf上積累的信號(hào)電荷，上積累的信號(hào)電荷，并提供并提供直流負(fù)反饋直流負(fù)反饋以穩(wěn)定電路的直流工作點(diǎn)。以穩(wěn)定電路的直流工作點(diǎn)。Ra表示表示T2管的等效管的等效動(dòng)態(tài)負(fù)載電阻動(dòng)態(tài)負(fù)載電阻(主要決定于虛線框主要決定于虛線框內(nèi)內(nèi)恒流源恒流源的內(nèi)阻和的內(nèi)阻和T2管集電極輸出電阻管集電極輸出電阻) 。二、電荷靈敏前置放大器二、電荷靈敏前置放大器n2.2電荷靈敏前置放大器的基本電路與實(shí)例電荷靈敏前置放大器的基本電路與實(shí)例n這種這種電路的特點(diǎn)電路的特點(diǎn)是：是：(1)T1管的管的等效負(fù)載小等效負(fù)載小，所以第一級(jí)的，所以第一級(jí)的電壓放大電壓放大倍數(shù)、輸入電容小倍數(shù)、輸入電容小，開(kāi)環(huán)輸入端，開(kāi)環(huán)輸入端總電容總電容也就較也就較小。因此，電路容易滿足所要求的條件。（共小。因此，電路容易滿足所要求的條件。（共基放大器基放大器輸入電阻小，頻率特性好輸入電阻小，頻率特性好）。）。(2)