电压灵敏前置放大器PPT课件.ppt

核辐射探测器输出信号幅度用半导体探测器对能量E0为1MeV的射线进行测量，分析输出电压信号幅度的量级（设探测器的结电容C0为10pF）。第1页/共40页 核电子学中信号的放大放大通常分为预放大（由前置放大器完成）和主放大（由脉冲放大器完成）。核探测器主放大器前置放大器辐射源（弱信号用双芯屏蔽电缆）信号屏蔽电缆线第2页/共40页 噪声和干扰在信号的产生、传输和测量过程中，噪声会迭加于有用信号上，从而降低测量精确度。 噪声：由电子器件本身产生的干扰：来自外部因素交流电网的工频（我国为50赫）干扰；电视和无线电广播干扰；大功率设备的电磁场干扰；直流电源的纹波干扰；仪器（或插件）之间及仪器内接地不良而产生的干扰。只要电路上和工艺上采取适当措施，外部干扰通常可以减小到次要程度 第3页/共40页 噪声的特点及表示方法噪声是由所采用的元器件本身产生的，原则上可以设法减小但无法完全消除。 噪声属于随机过程，它随时间的变化是杂乱无章的，但它服从一定的统计规律。噪声电压的时间平均值等于零。 只要有噪声存在，其平均功率就不为零。 ?第4页/共40页 输入信号电压Vi探测器放大器（放大倍数A）能量E辐射源Vo?Vno信噪比信噪比—噪声对测量精度的影响，常用信号幅度和噪声均方根值的相对值?来表示： 等效噪声电压(ENV)第5页/共40页 核电子学中的噪声在核电子学中遇到的噪声主要有三类：散粒噪声、热噪声和低频噪声（又称1/f 噪声）。 在电子器件中，载流子产生和消失的随机性，使得流动着的载流子数目发生波动，有时多些，有时少些，由此引起的电流瞬时涨落称为散粒噪声。 热噪声是载流子做热运动产生的一种噪声。 低频噪声即1/f 噪声，又名闪变噪声或过量噪声，其噪声电压随频率的降低而增大。第6页/共40页 散粒噪声和热噪声的比较来源不同点相同点散粒噪声由载流子产生和消失的随机性引起的 ，它体现了载流子数目的涨落。1 平均电流大，载流子数目涨落大，噪声电流大。2 脉冲宽度等于载流子的渡越时间为纳秒级； 在时间域里，都可以表示为随机的脉冲序列，通常近似为随机的冲击序列。 它们具有共同的统计特征：都是平稳随机过程，频谱近似为常数（白噪声）。热噪声由载流子热运动引起的电流或电压涨落，通常是在载流子大量存在的情况下发生的。1 和温度有关，温度升高，热运动剧烈，噪声电流或电压增加；2 与外加电压或流过电阻的平均电流无关。3 平均脉宽取决于载流子每秒碰撞次数的倒数，为皮秒级第7页/共40页 核电子学中噪声的来源核辐射测量仪器中很多器件如探测器、晶体管和电阻等都会产生噪声。它们对于信号噪声比或测量精确度的影响是不同的，其中探测器和前置放大器第一级器件产生的噪声，得到的放大倍数最大，影响也就最严重。第8页/共40页 探测器中的噪声半导体探测器是反向偏置的PN结，其中存在着三种噪声源。并联电阻Rp的热噪声，Rp是耗尽层或补偿层的电阻串联电阻Rs的热噪声，Rs为探测器非灵敏区的材料体电阻 与引线电阻之和探测器漏电流ID的散粒噪声 对于面垒型探测器，Rp约为108-109Ω，在低温下工作的P-I-N探测器， Rp可达1012Ω或更高。通常Rp比前置放大器或探测器的偏置电阻大很多，因此， Rp及其热噪声可以忽略。串联电阻Rs的影响虽然比Rp大，但是对性能良好的探测器来说Rs也可忽略。iDCDRpvo(t)Rs第9页/共40页 探测器中的漏电流噪声半导体探测器的漏电流主要由三部分组成：结周围产生的漏电流：如半导体表面吸附原子后形成的表面电荷会引起漏电流，这种电流产生显著的低频噪声。但是，通过表面纯化和采用保护环结构，这种噪声可大大降低。P区和N区少数载流子向结区扩散而形成的反向电流结区内因热激发产生的电子—空穴对所造成的反向电流ID是探测器的反向漏电流。温度升高，ID增加，噪声也随之增大。因此，低温运用可以降低探测器的噪声。 散粒噪声第10页/共40页 第一级放大器的噪声第一级放大器：噪声性能优越的结型场效应管（JFET：Junction Field Effect Transistor）通过扩散或其它工艺，在一块N型(或P型)半导体材料的两边各做一个高杂质浓度的P型区(或N型区)，把两个P区(或N区)并联在一起，引出一个电极，称为栅极(G)，在N型(或P型)半导体的两端各引出一个电极，分别称为源极(S)和漏极(D)。中间的N区(或P区)是电流的通道，称为导电沟道(简称沟道)。这种结构的管子称为N沟道(或P沟道)结型场效应管。摘自《模拟电子技术基础》（第三版），华成英主编，高等教育出版社，2001第11页/共40页 场效应管工作在低温下，噪声降低，有利于提