第1页，共19页，星期日，2025年，2月5日前置放大器的作用1、提高系统的信噪比 紧靠探测器构成探头，这样减少了探测器与前置放大器的分布电容（减少了由导线造成的分布电容。）2、减小信号经电缆传送时的外界的影响。前置放大器与探测器在一起具有良好的屏蔽，可以抑制外界的干扰。就是信号经过前置放大器后，信号已经放大，影响相对较小。第2页，共19页，星期日，2025年，2月5日前置放大器的分类1、积分型放大器特点：输出信号的幅度正比于输入电流对时间的积分。有输出信号的幅度正比于探测器输出的总电荷量。2、电流型放大器特点：即电流灵敏前置放大器，与探测器的电流输出一致。电流信号快，但是容易受到放大器频带的限制。第3页，共19页，星期日，2025年，2月5日电荷灵敏前置放大器课本P105（核电子学），可以知道在反馈电容上和输入端的总电容电荷量和探测器所采集到输出的总电荷量相等。由于增益A足够大，则电量主要集中在反馈电容上，有：由于输出的幅度反映了输入电荷的大小，且与输入电容无关，顾称之为电荷灵敏前置放大器。第4页，共19页，星期日，2025年，2月5日电荷灵敏前置放大器工作原理如图5-1-3(核电子学），可以得到：式子中为输入信号的稳定值。输入电荷为：考虑到第5页，共19页，星期日，2025年，2月5日有上式可以得到输出信号的稳定值：是电荷灵敏放大器的低频输入等效输入电容，当时候如果满足有：可以得到：当A足够大的时候只要保持反馈电容不变，不管输入电容和增益是否增大，其放大倍数都是稳定的了。第6页，共19页，星期日，2025年，2月5日电荷灵敏前置放大器的噪声1、串联噪声和并联噪声 主要有探测器的漏电流噪声，电阻的热噪声，场效应管的沟道噪声，场效应管的闪烁噪声并联噪声指的是与信号源并联的噪声。同样，串联噪声源指的就是与信号并联的噪声源第7页，共19页，星期日，2025年，2月5日2、a,b,c噪声a噪声：与频率的平方成正比的输入并联电流噪声b噪声：与频率无关的输入并联电流噪声c噪声：与频率成正比的并联电流噪声总结：a噪声是串联噪声，b噪声为并联噪声，c噪声比例很小，可以忽略不计。第8页，共19页，星期日，2025年，2月5日电荷灵敏前置放大电路1、阻容反馈电荷灵敏前置放大器在具体的设计中的要求： 第一级放大器根据探测器的电容值大小进行选定：在探测器的电容大的时候用多支场效应管并联，在探测器的电容小的时候接单支场效应管。第9页，共19页，星期日，2025年，2月5日电荷灵敏前置放大电路2、光反馈电荷灵敏前置放大器 对于阻容式前置灵敏放大器反馈电阻产生的噪声是最主要的因素之一，故可以采用除去反馈电阻的方法。但是有必须除去反馈电容不断积累的电荷。 采取的方法：才用施密特触发器进行放电。第10页，共19页，星期日，2025年，2月5日电荷灵敏前置放大电路3、漏反馈电荷灵敏前置放大器 也是利用场效应管的栅流使反馈电容放电。与光电反馈不同的是栅流的大小有场效应源，漏极之间的电压控制。第11页，共19页，星期日，2025年，2月5日电荷灵敏前置放大器主要特点1、噪声2、变换增益3、电压增益和输出电压稳定性4、上升时间5、输入阻抗第12页，共19页，星期日，2025年，2月5日噪声 探测器-前置放大器的噪声与系统的总电容相关，就是与探测器的电容相关。 噪声的指标分两项给出：零电容噪声和噪声斜率。 零电容噪声指的是前置放大器的固有噪声，即不带探测器和电容的时候。 噪声斜率指的是前置放大器每增加1微法的电容噪声增加的量。第13页，共19页，星期日，2025年，2月5日2、变换增益 当电荷灵敏前置放大器输入一定量的电荷Q的时候。希望输出的电压幅度较大，即，称为变换增益或者电荷灵敏度，以表示当时，得到：变换增益也可以定义为电压幅度与探测器入射粒子能量的比值，可以得到：第14页，共19页，星期日，2025年，2月5日