阻容反馈式电荷灵敏前置放大器的开环增益计算

胡创业 黄 顺,2 凌 球 赵修良 刘丽艳 宋丽扬

（1.南华大学核科学与技术学院，湖南 衡阳421001；

2.衡阳师范学院 物理与电子信息科学系，湖南 衡阳421008）

阻容反馈式电荷灵敏前置放大器的开环增益计算

胡创业1黄 顺1,2凌 球1赵修良1刘丽艳1宋丽扬1

（1.南华大学核科学与技术学院，湖南 衡阳421001；

2.衡阳师范学院 物理与电子信息科学系，湖南 衡阳421008）

本文对分立式阻容反馈式电荷灵敏前置放大器开环增益计算过程进行了详细介绍，采用计算方法是总增益等于各级增益乘积，后一级电路的输入电阻作为前一级电路的负载电阻。其计算过程和结果对电路分析和调试具有非常重要的作用。

电荷灵敏前置放大器；开环增益；阴容反馈

电荷灵敏前置放大器具有良好的低噪声性能，并且起输出信号幅度基本不受探测器极间电容、放大器开环时输入电容和电压增益等参数稳定性的影响。目前高分辨率能谱测量系统中使用的几乎都是电荷灵敏前置放大器[1]。目前电荷灵敏前置放大器有阻容反馈式电荷灵敏前置放大器、光反馈电荷灵敏前置放大器和漏反馈电荷灵敏前置放大器这样几种类型。阻容反馈式电荷前放是目前谱仪最常用的前放[3-5]，它基本采用分立元器件来实现，电路非常复杂，画出等效电路计算其开环增益对电荷灵敏前放的总体电路分析和后期调试将具有十分重要的研究意义。

1 电荷灵敏前置放大器电路分析

图1是阻容反馈型电路灵敏前放实际电路，它与金硅面垒型半导体探测器配合使用，也可与有关标准核仪器插件组成α和β谱仪。

图1 电荷灵敏前放电路图[2]

它等效成由泄放电阻R1、反馈电容C2和反向运算放大器组成的电荷灵敏前放。整个反向开环运算放大器实际由共源级放大器T1、共基级放大器T2，共集电极放大器T3和T4组成。这是一个多级放大电路，开环增益计算对整个电路分析和调试非常有帮助。要计算开环增益，必须先画出电路交流等效电路。

2 电荷灵敏前放交流等效电路

利用模电知识交流等效电路原则，T1等效成电压控制的电流源，T2、T3和T4等效成电流控制的电流源；T1是反向放大电路，T2、T3和T4是同向放大电路。R6和C7组成的正反馈电路和电感L1-6未在开环增益计算中考虑。其交流等效电路如图2所示。

图2 上图等效电路图

把T1、T2、T3和T4进一步等效如图3所示。R10//R12//R14≈R10（1）

图3 电荷灵敏前放开环增益等效电路

3 开环增益计算过程

开环增益的计算过程采用的方法：把这个电路看成有3级放大器组成，分别计算每一级增益，总增益等于三级增益的乘积，每一级放大电路的输入电阻作为前一级放大电路负载电阻。

4 结论与展望

分立元件组成前放开环增益计算过程和结果对其电路原理分析和调试工作起到非常大的促进作用，对顺利完成本项目组的相关研究课题起到了关键作用。

［1］王经谨.核电子学[M].北京：原子能出版社,1985.

［2］王芝英.核电子技术原理[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.

湖南省教育厅项目(12c0331)；国家自然科学基金项目(2011GZK03,2011GZK09)。

胡创业（1979—），男，湖北枝江人，讲师，从事核电子学与探测技术。

杨扬］