I. 积分型放大器
➢ 电压灵敏前置放大器
对探测器信号先积分再放大
➢ 电荷灵敏前置放大器
放大和积分同时进行 II. 电流型放大器
➢ 电流灵敏前置放大器 保留输入电流信号的形状特征
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§4、积分型前置放大器
电压灵敏型前置放大器
•基本原理
V-V 电压放大器
探测器电流信号在放大之前已被自然 积分为电压信号。
Vom
Ci
A0Q (1 A0 )C f
Q A0 C 1 A0F
由A0变化引起，VVomom
1 1 A0F
A0 A0
?
由Ci变化引起，VVomom
1 1 A0F
Ci Ci
为了提高稳定性，可以 •增大开环增益A0 ， •提高反馈系数F(减小Ci) 。
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4．输入阻抗：
如果放大器频带无限宽（低频输入）
•近似认为探测器电流 iD(t)=Qd(t)
vi
(t)
Q Ci
et /i u(t)
其中 i RiCi (RD // RAi )(CD CS CAi )
vo (t) Avi (t)
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电压灵敏前置放大器典型电路
光电倍增管的输出电路
怀射极特跟随器
• 对正负脉冲都有较好的过 渡特性
–当输入正脉冲时，T1电流 变小，输出电流如蓝色箭 头方向
C if = Ci + (1+A)Cf 原电路可以等效成
VOM 为输出信号幅度，它仅仅决定 于Cf 值和Q的大小，将不随Ci 或A 的不稳定而变化，只要Cf 值恒定， 输出信号幅度保持与电荷量正比关
系。
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典型电路
•T1管为结型场效应管，接成共源放大器。 •T2为共基放大器，电流电压 •T3管接成一个射极跟随器作为输出极。
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电荷放大器的主要性能指标
1．电荷——电压转换增益GQV：
定义为单位输入电荷产生的输出电压幅度，即
GQV
V0m Q
1 Cf
伏 库仑
若把探测器也包括在内，定义能量——电压转换增益
GEV
Vom E
1 Cf
Q 1 E Cf
e W
伏 MeV
其中e为电子电荷，等于1.6×10-19库仑，W 为平均电离能， 对于硅半导体探测器，W 3.6 106 MeV
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信号的预放大
探测器和前放的等效电路 从放大器输入端看的输入电容
Ci=CD+CS+Cai
放大器输入端电压（忽略RD)
vi
(t
)
1 Ci
t
0 iD (t)dt
CD为探测器输出电容 CS为分布电容 Cai为放大器输入电容
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前置放大器的分类
• 在时间和能量测量系统中，前置放大器分别侧重于保 留信号的不同特点，可以分为两大类：
–当输入负脉冲时，T1电流 变大，输出电流如绿色箭 头方向
• C*为加速电容，
正脉冲瞬间，T1电流减小， 通过电容的耦合，降低T2 的b,e极电压，增加输出电 流。同理，负脉冲瞬间， c*会减少输出电流。
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电压灵敏前置放大器的特性
• 电路结构简单 • 前放输出电压的幅度为VOM = AQ/Ci
而Ci=CD+CS+CAi – CD 随外加偏压而变化； – CS 随引线长短、元件位置因素变化而变化， – Cai 与放大器工作状态有关。 这些因素将使 VOM 的值在不同条件下发生变化，输出电压的精度
反馈回路的阻抗对输入阻抗的贡献为： Zif
因而输入电阻
Rif
Rf 1 A0
Zf 1 A0
输入电容 Cif (1 A0 )C f Ci
在考虑到放大器的频带有限情况（高频输入） A0 F 1
解方程得V0s S来自CA AC f
ID S
其中
C Ci C f 为冷电容
设iD t Qd t ID S Q
V0 S
Cf
Q C
A
1 S
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作拉氏反变换
v0 t
Cf
Q C
A
ut
当A 1时，C A
C f
v0 t
Q Cf
ut
V0mut
V0m Q C f
另外，从放大器的输入端看：由于密勒 效应，电容相当于被放大了（1+A)倍
（1）与反馈电容并联的电阻起到泄放上电荷的作用，一 般取值为108—109Ω，太小了会增加噪声，太大了起 不到泄放作用。另一个作用是产生直流负反馈以稳定 放大器直流工作点。
（2）探测器与放大器之间用电容起到隔直作用。一般取 值为几千pF量级。耐压为几千伏。
（3）T2管采用共基电路的目的是为了减小因米勒效应引 起输入电容的增加，使保持在很小值。
§3、前置放大器
与探测器输出直接相联的电路称为前置级，一般这部 分电路具有信号放大功能，故称为前置放大器。
一、前置放大器的作用
1) 从探测器输出端获得所需的电信号（能量、时间）； 2) 预放大探测器的输出信号，以获得较好的信号噪声比； 3) 进行阻抗变换，减少信号传输中的。
1. 使能量、时间的测量更加准确
则 GEV 44mV MeV
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2．上升时间 (10%-90%)
实际放大器具有一定频带宽，对频带影响最大的是T2管集电极电路，
考虑到 并R联a 的还有负载电容 ，Ca
•放大器在开环情况下，可以计算其上升时间为：
tr0 2.2 a 2.2RaCa
•构成电荷灵敏放大器后，反馈系数
F Cf Cf Ci C f C
•闭环时的上升时间：
•通常可以满足
tr
tr0 1 A0 F
gm Ra
Cf C
1
2.2 RaCa
1
gm Ra
Cf C
tr
2.2 CaC Cf gm
Ca=5pF, Ci =5pf, Cf =1pf, gm =5mA/V, 则有tr =13ns
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3．输出电压稳定性
我们要求输出电压幅度尽可能不随开环放大倍数和输入电容的变化而 变化，可以用输出幅度相对变化来衡量其稳定性的好坏。
不高，一般用在探测器输出信号幅度较大，精度要求不高系 统。如接在闪烁探测器后面。 • 如果在输入端并联大的电容？
幅度，噪声
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电荷灵敏前置放大器
•基本结构和工作原理
由高输入阻抗、高增益的倒 相放大器与一个反馈电容组 成的负反馈放大器。
列出电路方程
V0 s AVi s Vi sCiS Vi sV0 sC f S ID s 0
• T1管的变换增益
（T 管的跨导） G1
iD1 Vg1
g m1
1
• T2管的变换增益 • T3管的变换增益
G2
VC 2 iRa
Ra
G3=1
• 此放大器的开环增益为
A0 G1G2G3 gm1Ra
• •
若
gm Ra
5mA V 500K
，则A0 = 2500 >>1
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• 应该注意以下几点：