阻容反饋式電荷靈敏前置放大器的開環(huán)增益計(jì)算

胡創(chuàng)業(yè) 黃 順,2 凌 球 趙修良 劉麗艷 宋麗揚(yáng)

（1.南華大學(xué)核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，湖南 衡陽421001；

2.衡陽師范學(xué)院 物理與電子信息科學(xué)系，湖南 衡陽421008）

阻容反饋式電荷靈敏前置放大器的開環(huán)增益計(jì)算

胡創(chuàng)業(yè)1黃 順1,2凌 球1趙修良1劉麗艷1宋麗揚(yáng)1

（1.南華大學(xué)核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，湖南 衡陽421001；

2.衡陽師范學(xué)院 物理與電子信息科學(xué)系，湖南 衡陽421008）

本文對(duì)分立式阻容反饋式電荷靈敏前置放大器開環(huán)增益計(jì)算過程進(jìn)行了詳細(xì)介紹，采用計(jì)算方法是總增益等于各級(jí)增益乘積，后一級(jí)電路的輸入電阻作為前一級(jí)電路的負(fù)載電阻。其計(jì)算過程和結(jié)果對(duì)電路分析和調(diào)試具有非常重要的作用。

電荷靈敏前置放大器；開環(huán)增益；陰容反饋

電荷靈敏前置放大器具有良好的低噪聲性能，并且起輸出信號(hào)幅度基本不受探測器極間電容、放大器開環(huán)時(shí)輸入電容和電壓增益等參數(shù)穩(wěn)定性的影響。目前高分辨率能譜測量系統(tǒng)中使用的幾乎都是電荷靈敏前置放大器[1]。目前電荷靈敏前置放大器有阻容反饋式電荷靈敏前置放大器、光反饋電荷靈敏前置放大器和漏反饋電荷靈敏前置放大器這樣幾種類型。阻容反饋式電荷前放是目前譜儀最常用的前放[3-5]，它基本采用分立元器件來實(shí)現(xiàn)，電路非常復(fù)雜，畫出等效電路計(jì)算其開環(huán)增益對(duì)電荷靈敏前放的總體電路分析和后期調(diào)試將具有十分重要的研究意義。

1 電荷靈敏前置放大器電路分析

圖1是阻容反饋型電路靈敏前放實(shí)際電路，它與金硅面壘型半導(dǎo)體探測器配合使用，也可與有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)核儀器插件組成α和β譜儀。

圖1 電荷靈敏前放電路圖[2]

它等效成由泄放電阻R1、反饋電容C2和反向運(yùn)算放大器組成的電荷靈敏前放。整個(gè)反向開環(huán)運(yùn)算放大器實(shí)際由共源級(jí)放大器T1、共基級(jí)放大器T2，共集電極放大器T3和T4組成。這是一個(gè)多級(jí)放大電路，開環(huán)增益計(jì)算對(duì)整個(gè)電路分析和調(diào)試非常有幫助。要計(jì)算開環(huán)增益，必須先畫出電路交流等效電路。

2 電荷靈敏前放交流等效電路

利用模電知識(shí)交流等效電路原則，T1等效成電壓控制的電流源，T2、T3和T4等效成電流控制的電流源；T1是反向放大電路，T2、T3和T4是同向放大電路。R6和C7組成的正反饋電路和電感L1-6未在開環(huán)增益計(jì)算中考慮。其交流等效電路如圖2所示。

圖2 上圖等效電路圖

把T1、T2、T3和T4進(jìn)一步等效如圖3所示。R10//R12//R14≈R10（1）

圖3 電荷靈敏前放開環(huán)增益等效電路

3 開環(huán)增益計(jì)算過程

開環(huán)增益的計(jì)算過程采用的方法：把這個(gè)電路看成有3級(jí)放大器組成，分別計(jì)算每一級(jí)增益，總增益等于三級(jí)增益的乘積，每一級(jí)放大電路的輸入電阻作為前一級(jí)放大電路負(fù)載電阻。

4 結(jié)論與展望

分立元件組成前放開環(huán)增益計(jì)算過程和結(jié)果對(duì)其電路原理分析和調(diào)試工作起到非常大的促進(jìn)作用，對(duì)順利完成本項(xiàng)目組的相關(guān)研究課題起到了關(guān)鍵作用。

［1］王經(jīng)謹(jǐn).核電子學(xué)[M].北京：原子能出版社,1985.

［2］王芝英.核電子技術(shù)原理[M].北京：原子能出版社,1989.

［3］C.Fiorini,T.Frizzi,A.Longoni.A CMOS charge preamplifier for silicon drift detectors with on-chip JFET and feedback capacitor[J].Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A,2006,568(1)：322-328.

［4］Evariste WEMBE TAFO,Hong SU,Yanni GAO,Ming WU.Design and simulation of charge sensitive preamplifier with CMOS FET implemented as feedback capacitor Cfp[J].Nuclear Science and Techniques,2008,19(4)：241-245.

［5］A.M.Barnett,J.E.Lees,D.J.Bassford,J.S.Ng.A varied shaping time noise analysis of Al0.8Ga0.2As and GaAs soft X-ray photodiodes coupled to a low-noise charge sensitive preamplifier[J].Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A,2012, 673,10-15.

湖南省教育廳項(xiàng)目(12c0331)；國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(2011GZK03,2011GZK09)。

胡創(chuàng)業(yè)（1979—），男，湖北枝江人，講師，從事核電子學(xué)與探測技術(shù)。

楊揚(yáng)］