第四章_辐射测量中的噪声及前置放大器.ppt

4.4 前置放大器的概述与分类 前置放大器的分类 能谱和时间测量 积分型：输出信号幅度正比于输入电流对时间的积分 电压灵敏前置放大器：输出∝Q 电荷灵敏前置放大器：输出∝Q 电流型：输出信号波形与输入电流信号的波形一致 电流灵敏前置放大器：实际上波形不完全一致（带宽影响） 4.4 前置放大器的概述与分类 前置放大器的分类 强度测量 高速A/D变换技术（最后一章的内容） 4.4 前置放大器的概述与分类 三类前置放大器的比较 电压灵敏： Ci=CD+CA+Cs VoM=AQ/Ci 稳定性不高 CD、CA、CS分别为探测器的极间电容、放大器的输入电容和输入端的分布电容 4.4 前置放大器的概述与分类 三类前置放大器的比较 电荷灵敏： VoM=Q/Cf 稳定性高 信噪比高 4.4 前置放大器的概述与分类 三类前置放大器的比较 电流灵敏： 从其输出信号保留的信息角度看，与前两者没有绝对的差别 4.5 电荷灵敏前置放大器 工作原理 （原理图） 4.5 电荷灵敏前置放大器 噪声 以半导体探测器和结型场效应管为例: 4.5 电荷灵敏前置放大器 探测器漏电流噪声 探测器负载电阻RD热噪声 场效应管沟道噪声 场效应管闪烁噪声 反馈电阻Rf热噪声 场效应管栅极漏电流噪声 4.5 电荷灵敏前置放大器 并/串联噪声的等效关系 4.5 电荷灵敏前置放大器 噪声 将输入端的噪声全部等效为并联电流噪声后，根据其与频率的依赖关系，可将噪声分为三类： a噪声：与ω2成正比 ? b噪声：与ω无关 ? c噪声：与ω成正比 ? 4.5 电荷灵敏前置放大器 噪声 则输入端总的并联电流噪声为： 4.5 电荷灵敏前置放大器 噪声 将输入电流噪声等效为输出电压噪声 4.5 电荷灵敏前置放大器 实现方案一：阻容反馈式 Rf、Cf组成放电回路 连续工作 4.5 电荷灵敏前置放大器 实现方案一：阻容反馈式 通常选用结型场效应管，其具有最低的噪声 半导体探测器与场效应管工作在低温状态下，可显著改善系统噪声，即使在常温下也比晶体管小得多 反馈电容Cf影响系统的分辨率。Cf大则噪声大；Cf过小，则反馈深度小，输出幅度稳定性变差。通常取Cf`=0.1~0.2pF 反馈电阻Rf是产生噪声的主要因素之一，其噪声贡献比理论值还要大 4.5 电荷灵敏前置放大器 实现方案二：光电反馈式 主要目的：消除阻容反馈电荷灵敏前置放大器电路中的反馈电阻Rf，提高系统的能量分辨率 工作方式：以脉冲方式给反馈电容放电 4.5 电荷灵敏前置放大器 实现方案三：漏反馈式 也是利用场效应管的栅极电流Ig使反馈电容Cf放电，与光电反馈系统不同的是，栅流的大小由场效应管源极和漏极之间的电压Vds控制 工作方式：连续或脉冲方式 4.5 电荷灵敏前置放大器 性能比较 ①噪声 影响程度要具体分析：闪烁谱仪可不考虑，半导体则不行 与CΣ有关（ CΣ =Ci+Cf ） 零电容噪声：阻容反馈几百ev, 光反馈或漏反馈 100ev左右 噪声斜率：对半导体谱仪前放，一般为几十ev/pF 4.5 电荷灵敏前置放大器 性能比较 ②输出电压稳定性 Cf大，噪声大；Cf小，反馈深度小，不稳定 要输出 稳定，要求ACfCi+Cf ，即A足够大 4.5 电荷灵敏前置放大器 性能比较 ③上升时间 Ci增大，tR变大 (接探测器时其极间电容有影响) tR影响信号幅度，使能量分辨率降低 (弹道亏损) 4.5 电荷灵敏前置放大器 性能比较 ④输入阻抗 低频时，输入电阻： 输入电容： 高频时，输入电阻(忽略Rf)： 输入电容： 4.6 电压灵敏前置放大器 与电荷灵敏前放类似，都用于提供探测器输出的电荷信息，但电路较简单 噪声通常比电荷灵敏前放的噪声大 理论上无反馈可获得最低噪声，实际上反馈对噪声影响可以很小，并能有效改善放大器稳定性等性能，通常总带反馈 典型电路 4.7 电流灵敏前置放大器 实际上就是一个电流放大器（波形一致） 主要应用 获取精确的时间信息 用于高计数率或高本底情况下的强度测量 能谱测量（先放大，后积分） 利用输出电流脉冲形状来鉴别粒子种类 研究探测器输出电流脉冲的形状 第4次作业 4.2已知电荷灵敏前置放大器的输入端总电流噪声为 ，推导出其输出端总电压噪声（反馈电阻可忽略）。 第四章辐射测量中的噪声与前置放大器 核数据获取与处理 核数据获取与处理内容 内容提要 4.1 噪声概述及噪声来源 4.2 噪