阻容反饋式電荷靈敏前置放大器的開環增益計算

胡創業 黃 順,2 凌 球 趙修良 劉麗艷 宋麗揚

（1.南華大學核科學與技術學院，湖南 衡陽421001；

2.衡陽師范學院 物理與電子信息科學系，湖南 衡陽421008）

阻容反饋式電荷靈敏前置放大器的開環增益計算

胡創業1黃 順1,2凌 球1趙修良1劉麗艷1宋麗揚1

（1.南華大學核科學與技術學院，湖南 衡陽421001；

2.衡陽師范學院 物理與電子信息科學系，湖南 衡陽421008）

本文對分立式阻容反饋式電荷靈敏前置放大器開環增益計算過程進行了詳細介紹，采用計算方法是總增益等于各級增益乘積，后一級電路的輸入電阻作為前一級電路的負載電阻。其計算過程和結果對電路分析和調試具有非常重要的作用。

電荷靈敏前置放大器；開環增益；陰容反饋

電荷靈敏前置放大器具有良好的低噪聲性能，并且起輸出信號幅度基本不受探測器極間電容、放大器開環時輸入電容和電壓增益等參數穩定性的影響。目前高分辨率能譜測量系統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現，電路非常復雜，畫出等效電路計算其開環增益對電荷靈敏前放的總體電路分析和后期調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際電路，它與金硅面壘型半導體探測器配合使用，也可與有關標準核儀器插件組成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和反向運算放大器組成的電荷靈敏前放。整個反向開環運算放大器實際由共源級放大器T1、共基級放大器T2，共集電極放大器T3和T4組成。這是一個多級放大電路，開環增益計算對整個電路分析和調試非常有幫助。要計算開環增益，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未在開環增益計算中考慮。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進一步等效如圖3所示。R10//R12//R14≈R10（1）

圖3 電荷靈敏前放開環增益等效電路

3 開環增益計算過程

開環增益的計算過程采用的方法：把這個電路看成有3級放大器組成，分別計算每一級增益，總增益等于三級增益的乘積，每一級放大電路的輸入電阻作為前一級放大電路負載電阻。

4 結論與展望

分立元件組成前放開環增益計算過程和結果對其電路原理分析和調試工作起到非常大的促進作用，對順利完成本項目組的相關研究課題起到了關鍵作用。

［1］王經謹.核電子學[M].北京：原子能出版社,1985.

［2］王芝英.核電子技術原理[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.

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

胡創業（1979—），男，湖北枝江人，講師，從事核電子學與探測技術。

楊揚］