CR-110电荷灵敏前置放大器.docVIP

PAGE 16 CR-110电荷灵敏前置放大器 Cremat公司的CR-110是一个单通道电荷灵敏前置放大器模块，它被广泛用于多种辐射探测器。例如：半导体探测器，雪崩光电二极管和各种气体探测器。在Cremat公司的众多前置放大器模块中，CR-110的体积是挺小巧的（模块面积小于一平方英寸），这样就允许用模块化的设计制作一个紧凑型多通道探测系统。 本课题是以CR-110电荷灵敏前置放大器模块为核心，制作一个能够正常使用的电荷灵敏前置大器。制作过程包括电路板设计，铝盒加工，线路连接和波形调试。此课题虽然没有很大的难度。但是整个过程非常偏重于实践，比如铝盒加工打孔，线路焊接等操作都很考验实验者的动手能力。制作过程中，也能自然而然了解到电路板的设计，测试板各个连线的作用。非常有助于我们了解电荷灵敏前置放大器的工作原理。再结合以前学的课本上的知识，更能温故知新。 我们作核辐射测量时，一般采用电子学方法，应该对探测器输出的信号进行处理，包括对获取的信号进行放大，成形，甄别，变换分析，记录等等。因探测器输出信号小，一般都要先通过放大器放大才能测量。所以信号放大是核电子学信号处理一个必要部分。 实际测量中，探测器附近必然有一定辐射剂量。工作人员测量时必须远离辐射现场。我们一般把放大器分成前置放大器和主放大器，这样做是为了减少放大器输入端和探测器输出端之间的分布电容的影响，也可以弱化外界干扰，有效的提高信噪比，使信号用的高频电缆的阻抗相应匹配，。前置放大器也称作为预放大器，体积小，靠近探测器，其输入端与探测器输出配合，有些前放甚至和探测器组成一个模块，我们称之为“探头”，输出的信号再经高频电缆和主放大器连接。前置放大器参数很少在测量过程中变动，一般由主放大器作放大倍数和成型时间常数的调节。  第二章 前置放大器 2.1前置放大器的作用和特点 前置放大器的作用和特点可以从下面几个方面说明： （1）提高系统信噪比 核辐射探测器一般贴近辐射源.所以探测器往往在强辐射场，狭小空间，恶劣环境或工作人员不宜在现场，也不适合用大体积的仪器。如果把探测器的输出信号直接远距离传输到测量室，如图2-1。那么传输线越长，分布电容Cs就会越大，信噪比也越小，噪声甚至会掩盖信号。直接把放大器紧靠探测器是不可能的，所以把放大器分成前置放大器和主放大器两部分，前置放大器的体积小，紧挨着探测器共同构成探头，使分布电容Cs也尽量减小，以提高信噪比，经过屏蔽电缆相对远距离传输到主放大器。另外，探头体积小便于屏蔽，密封，加固，来适应比较恶劣的环境。 图2-1 探测器和测量系统 图2-2 分成前置放大器和主放大器的系统 （2）减少外界干扰相对影响 我们所处的空间存在电磁干扰，或者屏蔽和隔离不到位，信号远距离传输时，常有外界干扰，应设法提高信号干扰比。 比较图2-1和图2-2两种结构和连接方式，前一种为探测器信号直接输出，由于输出信号小，外界干扰造成的影响相对就打，但后一种连接方式通过前置放大器已经初步放大，提高了信号幅度和远距离传输能力，外界干扰就相对减少了。 为更有效抑制外界干扰，相连接的前置放大器和探测器，一般采用良好的屏蔽，接地，隔离，滤波等方法。微弱信号传输时，还应该用屏蔽良好，噪声小的电缆线。在主放大器用差分输入时，应采用低噪声双芯屏蔽电缆。 （3）合理布局，方便调节和使用 为了减小体积，紧贴放射源的前置放大器一般要求有一定的放大倍数，工作未定，并且是非调节式的。成型时间常数和放大倍数都交还给主放大器来完成，测量室内放置主放大器，这样实验人员就可以很便捷的完成测量读数。 （4）操控阻抗转换和匹配 前置放大器就可以成为为一个阻抗转换器，连接在探测器和主放大器之间，探测器一般要求后级高输入阻抗有利于信号输出，前置放大器通过屏蔽电缆传输给主放大器信号时，要能与电缆阻抗匹配的低输出阻抗及传递信号。这种阻抗转变的特性可以通过电路设计在前置放大器中实现。 2.2前置放大器的分类 前置放大器按照不同的方法可以分为不同的几类： 不同的前置放大器与不同的探测器相连接，可分为电离室前置放大电路，正比计数器前置放大器，半导体前置放大器和闪烁体探测器前置放大电路等。 而我们通常所研究的电荷灵敏前置放大器，电压灵敏前置放大器和电流灵敏前置放大器这三大类则是根据探测器输出信号的成形方式特点进行分类的。 由于本课题主要研究电荷灵敏前置放大器，所以其他两种类型的放大器就不一一介绍。  第三章 电荷灵敏前置放大器 3.1 电荷灵敏前置放大器 电荷灵敏前置放大器即带有电容负反馈的电流积分器，如图3-1所示，由于引入积分电容Cf，从放大器输入端看，加反馈电容后，输入端总电容Ci=Ci+(1+A0)Cf，A0位开环增益，Ci为不考虑反馈电容Cf时的输入电容。所以 V0≈ 反馈电容可以很稳定，所以