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1、第六章 线性放大与非线性时变处理,内容提要,概述放大处理线性放大（脉冲放大）弱电流放大（直流放大）非线性时变处理峰展宽模拟展宽器逻辑展宽器基线恢复原理、实用电路、对信噪比的影响堆积判弃判断依据、判弃原理、死时间与计数,核数据获取与处理内容,一 概述,二 放大处理,常见情况脉冲放大器：粒子能谱分析(幅度分析)、“谱仪”单个粒子的行为又称“线性放大器”或“谱仪放大器”弱电流放大：射线强度分析大量粒子的集体效应,二 放大处理,1 脉冲放大器一般由若干个具有深度负反馈的放大单元组成，有时也包括滤波成形网络（也通称为主放）用于对前置放大器的输出信号加以放大和滤波成形微分网络：通常是带有极零相消的CR微分
2、网络有两方面的作用积分网络：无源或有源（可兼具放大作用）放大、微分、积分前后位置的影响计数率微分应在前端，防止信号堆积电压过高而超出线性范围噪声微分宜靠近输出端，可衰减其前所有电路的低频噪声,二 放大处理,1 脉冲放大器性能：应有良好的线性和增益稳定性增益及稳定性：深度负反馈、闭环增益小，多级组成噪声：其贡献通常比前放小得多关键是输入级，要噪声小、匹配用等效输入噪声电压来表示：线性：主要决定于输出级，0.1%积分(微分)非线性计数特性：主要决定于滤波成形网络计数率高时堆积谱峰偏移或展宽,二 放大处理,2 弱电流放大器 测量对象是10-710-15 A或更小的直流弱信号。它不是指单个粒子而是大量
3、粒子的宏观特性，通常反映的是射线强度信息高阻式：10-1410-15 A灵敏度：高阻Rf（输入电阻Ri 的影响）响应时间：5=5RfCf(负反馈的作用)动电容式：10-1610-17 A 解决直流漂移问题直流-调制-交流信号-测量-解调 I-f变换：10-1210-13 A直流模拟信号 数字脉冲信号,高阻式放大器示意图,极板+激励线圈,核数据获取与处理内容,三 峰展宽,概念能谱分析 脉冲幅度峰展宽器：用于把信号的峰顶展宽（也称峰值保持、峰位检测）分为模拟展宽器、逻辑展宽器两种1 模拟展宽器原理,也称模拟存储电路,三 峰展宽,1 模拟展宽器电路(右图)非线性、时变技术指标：零点及其稳定性下垂速率
4、转换速率和稳定时间线性及增益稳定性（运放）,运放A失调电压失调电流及其稳定性,输入信号必须有足够的平顶宽度,三 峰展宽,2 逻辑展宽器原理：类似于数字电路的单稳态触发器，但可连续展宽。监察周期：3 采样-保持适用于波形采样缓变信号、定时采样而模拟展宽器只保持峰值，而无波形信息。,四 基线恢复,引言探测器输出前放滤波成形主放脉冲信号问题：系统冲击响应常具有缓慢衰减的尾部，尾堆积 基线偏移核辐射信号具有一定的幅度谱并且在时间上随机分布 基线涨落 能谱分析时峰位发生偏移和展宽，能量分辨率变坏基线恢复器的作用消除基线偏移和涨落，改善能量分辨率,四 基线恢复,1 原理用一个记忆元件记住每个信号输入前的基
5、线电平，然后从输入信号中减去这个电平关键是：,在信号间隙时间闭合在信号持续时间打开,开关S,但是，v1有基线涨落，幅度有大有小，开关信号难于选择。从主放以前引出，实现起来又比较复杂。不同的开关方式不同的电路,四 基线恢复,2 实用电路CR微分电路条件：RC信号间隔输出：双极性尖顶脉冲局限性：不能保持信号形状还有信噪比、弹道亏损等因素,四 基线恢复,2 实用电路CD基线恢复器用一个二极管D代替上述电路中的R，可改善其性能。D反向电阻大；正向电阻导通时小，不导通时大。导通电压不为零，基线恢复慢，计数率高时有偏移采用有源CD基线恢复器可改善局限性：仅适用于信号无下冲，而且要求基线上升速度慢于vc的跟
6、踪速度的水平。(P218),四 基线恢复,2 实用电路CDD基线恢复器又称Robison电路可改善CD基线恢复器的缺点线路简单，能适应双极性信号和基线的双向变化v2是决定电流工作状态的关键。,四 基线恢复,2 实用电路CDD基线恢复器输出波形,，D1、D2电流皆为I2，,，D1截止、D2电流为2I2，,，D2截止、D1电流为2I2，,i)单极性信号,信号间隔2tw时信号间隔2tw时,四 基线恢复,2 实用电路CDD基线恢复器输出波形 ii)双极性信号恢复能力决定于电容C的充放速度：电容C根据实际情况选择,但恢复越快，波形畸变越严重,四 基线恢复,2 实用电路CDD基线恢复器，其二级管并非理想二
7、极管，为达到理想二极管具备的性能，可改进为有源CDD基线恢复器反馈式基线恢复器,四 基线恢复,3 对信噪比的影响不仅可以恢复信号尾堆积产生的基线偏移，还可以抑制各种慢变化的干扰（如电源纹波）。对于噪声（频谱很宽），情况比较复杂。通常会使噪声增大，信噪比变差。但是，考虑到其低频噪声有抑制作用，如果适当增加滤波器的时间常数，则输出噪声的低频部分增大，高频部分减小；有可能使通过基线恢复器后的信噪比，比滤波器取最佳时间常数时更大。P228,五 堆积判弃,引言尾堆积 基线偏移 基线恢复器峰堆积 信号幅度变化，畸变无法恢复 堆积判弃1 堆积的判断依据,后一信号峰值不受影响的条件是：前一信号峰值不受影响的条件是：,通常，所以,，两信号峰值均无畸变,，仅后一信号峰值畸变,，两信号峰值皆畸变,设相邻两个脉冲信号之间的间隔时间为T,五 堆积判弃,2 堆积判弃原理,通常取监察时间 或,五 堆积判弃,3 死时间和计数死时间在监察时间Tip内输入的信号都被舍弃，因而监察时间就是堆积判弃电路产生的死时间。死时间校正在死时间内的信号不被记录，测量系统就不应将死时间记入测量时间，因此，在计算计数率时需要校正。输入信号计数率不宜超过1/tW通常取Tip=tW（只要满足 都能正常工作）,课后作业,6.1 简述主要的弱电流测量方法及其能达到的灵敏度。6.2 简述峰展宽器、基线恢复器和堆积判弃的概念、意义或作用。,
