通用谱仪放大器
实验2-谱仪放大器
图 3-2 频率处于 10kHz-30kHz 时的输出波形
继续升高频率，当频率大于 30kHz 时，畸变过大导致看起来像是正弦波形，如图 3-3：
图 3-3 频率大于 30kHz 时的输出波形
3． 过载测量 放大倍数 A=1.5*500，输入信号幅值为 26mV。 过载波形如图 4-1：
图 4-1 过载波形 小信号频率：150kHz； 小信号恢复时间：t1=53μs； 基线恢复时间：t2=80μs； 过载恢复时间t = ������ 2 = 1.51;
图 2-3 改变放大器极性
将积分常数改为4������������：输出信号峰峰值由 5.28V 降为 3.44V，信号衰减时间变长； 在此基础上再将微分常数改为4������������： 输出信号峰峰值升为 3.44V， 信号衰减时间变长。 d) 调节极零相消：上下沿的零线错移 2． 定量测量增益 c)
1
������
小信号幅值增加时，VO 顶部变窄。 4． 噪声测量 ������������ = ������������ = 4������������时，噪声峰峰值 40.8mV； ������������ = ������������ = 2������������时，噪声峰峰值 68.0mV； ������������ = ������������ = 1������������时，噪声峰峰值 88.8mV。
实验二谱仪放大器
宁笑楠 2012011709 同组：时盈晨
实验目的
了解谱仪放大器的主要特性，掌握其增益、成形、过载和噪声等特性的测试方法并付诸 实测。
实验预习
1.极性开关的作用
图 1-1 极性开关的作用
2．信号源方波的������������ 与������������������
能谱仪器使用方法说明书
能谱仪器使用方法说明书一、概述能谱仪器是一种重要的科学研究工具，用于测量和分析材料的能谱特性。
本说明书旨在详细介绍能谱仪器的使用方法，包括仪器的基本原理、仪器的组装与连接、仪器的操作步骤以及数据分析与结果解读等方面。
二、仪器的基本原理能谱仪器基于能谱分析技术，通过探测材料中各种能级的能谱分布，确定材料的组成和结构信息。
能谱仪器通常由以下几个主要部分组成：1. 放射源：用于产生射线或线源，激发样品中的原子或分子。
2. 能谱探测器：用于检测并测量样品中产生的能谱信号。
3. 信号放大器：用于放大能谱探测器检测到的微弱信号。
4. 数据采集与处理系统：用于记录、存储和分析能谱数据。
5. 控制系统：用于控制仪器的操作和参数设置。
三、仪器的组装与连接1. 确保各仪器部件完整并无损坏。
2. 按照仪器说明书正确组装仪器，注意连接的顺序和正确性。
3. 确保各部件之间的连接牢固，信号传输通畅。
四、仪器的操作步骤1. 打开仪器电源，待仪器自检完成后进行下一步操作。
2. 启动操作软件，设置仪器参数，如能谱范围、积分时间等。
3. 放置待测样品，并调整样品的位置和角度，确保射线可以有效照射样品。
4. 执行测量命令，记录数据，保持测量过程的稳定性和准确性。
5. 完成测量后，保存数据并进行备份，以便后续的数据分析和处理。
五、数据分析与结果解读1. 使用专业的数据分析软件对采集到的数据进行处理和分析。
2. 根据能谱图形的特征，确定样品的成分、结构以及化学性质。
3. 结合其他实验结果和文献资料，对数据进行解读和验证。
六、安全提示1. 在操作仪器时，应注意射线的辐射安全。
尽量采取适当的防护措施，减少辐射对操作人员的影响。
2. 仪器使用过程中注意保持仪器的清洁和整洁，防止灰尘和杂质对仪器性能的影响。
3. 定期对仪器进行维护和保养，确保其正常运行和工作效率。
七、故障排除当仪器出现异常情况或故障时，用户可以根据以下一般维修方法进行排除：1. 检查仪器电源是否正常供电。
谱仪放大器
6
谱仪放大器中的常用技术
谱仪放大器中的常用技术
滤波成形技术：采用一次微分和三次到四次积分滤波成形电 路，提高信号噪声比
基线恢复技术：在高计数率情况下，信号堆积和隔直电容充 放电会引起的基线漂移使谱线变宽、分辨率变坏、峰位移动， 因此需要引进基线恢复器
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放大器的组成：基本放大节
为了避免这种情况发生，就要求谱仪放大器总的上升 时间tr较小，如果谱仪放大器由几节组成，则每节上升 时间tr0应远小于整体放大器总的上升时间
若要求tr小于100ns，当n=5时，tr0必须小于45ns，即单个放大 节的带宽需大于8MHz
为保持谱仪放大器的稳定，要求单个放大节的开环增益在100 倍以上，闭环增益在5~10倍，稳定性需优于0.1%
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实际谱仪放大器简介
实际谱仪放大器
由差分-共基-共集组成的并联负反馈放大单元
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实际谱仪放大器简介
第一级由T1、T2组成差分放大器，有利于抑制干扰， 并可由开关S来控制输入信号加入到同相端或反向端， 实现正负极性转换
第二级T3接成共基放大电路，以减小由于米勒效应引 起的输入电容增加，有利于提高频带
干扰信号是外部的，可以通过各种方法减到最小 噪声是由前置放大器输出噪声和放大器输入端自身的噪声所
决定的，一般放大器输入端的噪声只要比前置放大器输入端 的噪声小一个量级就可以满足要求
由于核辐射探测器输出信号较小，噪声叠加在有用信 号上，使能量分辨率变坏，因此需要采用合适的滤波 成形电路来限制频带，抑制噪声
放大器内部晶体管，场效应管和运算放大器等非线性元件的 参量在工作电压或电流在大范围变化时使放大器增益产生变 化，从而产生非线性
谱仪放大器
tz
1
ln
1
ln
1
达到负峰值时间为
负峰值与正峰值之比为 Vm
tm
2 1
ln
1
2
ln
1
Vm
下冲的后沿部分可以用 度过载问题。
V0tຫໍສະໝຸດ Q Cfet f来表示，尽管其值很小，但是尾部拖得很长。会带来幅
三 极零相消微分网络
为了避免这种大幅度过载效应，需设法不产生长尾部的下 冲，这就不能用简单的高通电路来对电荷灵敏放大器输出 信号进行微分，需要选择一个电路，保证微分之后输出为 单极性信号。
放大器基本参量
计数率过载特性：当计数率比较高时所引起的脉
冲幅度分布的畸变称为放大器的计数率过载。谱仪放 大器的计数率特性主要取决于它的滤波器的响应时间， 由滤波器成形的信号越宽，堆积的可能性越大。
上升时间：探测器输出的信号通常有快的前沿和缓
慢的下降后沿，上升时间主要对信号的前沿而言。放 大器的上升时间过大会使信号产生畸变，结果使信号 幅度变小了。如果放大器上升的时间非常小也带来了 一些不利因素，一则电路变得很复杂，二则增加了电 路本身的噪声，因此需要个合理的取舍。
四 堆积判弃电路原理图
结束
谢谢
参考文献： 《核电子学》 《核辐射探测器与核电子学》
！
放大器基本参量
噪声及信号噪声比:放大器输出的信息中，总是
由信号、噪声和干扰组成。噪声是由于前置放大器输 出噪声和放大器输入端自身的噪声所决定。通常考虑 放大器输入端的噪声比前置放大器输出端的噪声小一
个量级就能满足要求。
幅度过载特性：放大器工作有一个线性范围，当
超出线性范围很大时，放大器在一段时间内不能恢复 正常工作，在这段时间内低能的射线信号就不能被正 常放大，从而使测量差生误差，这种现象就称为放大 器的幅度过载也称为放大器的阻塞。
仪表放大器优势_仪表放大器典型应用及实例
仪表放大器优势_仪表放大器典型应用及实例随着电子技术的飞速发展，运算放大电路也得到广泛的应用。
仪表放大器是一种精密差分电压放大器，它源于运算放大器，且优于运算放大器。
仪表放大器把关键元件集成在放大器内部，其独特的结构使它具有高共模抑制比、高输入阻抗、低噪声、低线性误差、低失调漂移增益设置灵活和使用方便等特点，使其在数据采集、传感器信号放大、高速信号调节、医疗仪器和高档音响设备等方面倍受青睐。
本文首先介绍了仪表放大器的原理及特点，其次介绍了仪表放大器的优势，最后介绍了仪表放大器典型应用及实例。
仪表放大器的原理仪表放大器电路的典型结构如图1所示。
它主要由两级差分放大器电路构成。
其中，运放A1，A2为同相差分输入方式，同相输入可以大幅度提高电路的输入阻抗，减小电路对微弱输入信号的衰减;差分输入可以使电路只对差模信号放大，而对共模输入信号只起跟随作用，使得共模抑制比得到提高。
这样在以运放A3为核心部件组成的差分放大电路中，在共模抑制比要求不变情况下，可明显降低对电阻R3和R4，Rf和R5的精度匹配要求，从而使仪表放大器电路比简单的差分放大电路具有更好的共模抑制能力。
在R1=R2，R3=R4，Rf=R5的条件下，图1电路的增益为：Au=（1+2R1/Rg）（Rf/R3）。
由公式可见，电路增益的调节可以通过改变Rg阻值实现，仪表放大器典型结构见图1。
仪表放大器的特点仪表放大器是一种高增益、直流耦合放大器，它具有差分输入、单端输出、高输入阻抗和高共模抑制比、低噪声、低线性误差、低失调电压和失调电压漂移、低输入偏置电流和失调电流误差等特点。
仪表放大器的优势1、高共模抑制比仪表放大器具有能够消除任何共模信号（两输入端电位相同）而放大差模信号（两输入端电位不同）的特性。
为了使仪表放大器能正常工作，要求它既能放大微伏级差模信号，同时又能抑制几伏的共模信号，实现这种功能的仪表放大器必须具有很高的共模抑制能力。
共模抑制比的典型值为70- 100dB.通常，在高增益时，CMRR 的性能会得到改善，即。
谱仪放大器.
FH1002A谱仪放大器输入节
二 滤波成形电路
谱仪放大器基本上由放大节和滤波成形电路。 滤波成形电路主要任务是：抑制系统的噪声，使系统信
噪比最佳；使信号的形状满足后续分析测量设备的要求。
对滤波成形电路的要求可以简单归结如下：
•通过滤波成形后要求输入和输出严格保持线性关系； •尽可能提高放大器的信噪比； •减小输入脉冲宽度，减小堆积和基线的变化，提高电路的计 数率响应； •成形后的最后输出波形应适合后续电路的要求； •滤波成形电路应该尽可能简单，参数可以调节，以达到最佳 效果；
三 极零相消微分网络
为了避免这种大幅度过载效应，需设法不产生长尾部的下 冲，这就不能用简单的高通电路来对电荷灵敏放大器输出 信号进行微分，需要选择一个电路，保证微分之后输出为 单极性信号。
三 极零相消微分网络
其中
S 1
极零相消具体实现方法
H S 1
S 1
2
1 CR1
2
四 堆积判弃电路原理图
结束
谢谢
参考文献： 《核电子学》 《核辐射探测器与核电子学》
！
放大器基本参量
计数率过载特性：当计数率比较高时所引起的脉
冲幅度分布的畸变称为放大器的计数率过载。谱仪放 大器的计数率特性主要取决于它的滤波器的响应时间， 由滤波器成形的信号越宽，堆积的可能性越大。
上升时间：探测器输出的信号通常有快的前沿和缓
慢的下降后沿，上升时间主要对信号的前沿而言。放 大器的上升时间过大会使信号产生畸变，结果使信号 幅度变小了。如果放大器上升的时间非常小也带来了 一些不利因素，一则电路变得很复杂，二则增加了电 路本身的噪声，因此需要个合理的取舍。
线性：放大器的线性是指放大器的输入信号幅度和
利用MAX551实现程控谱仪放大器
控 电 路 部 分 的 时 间 常 数 小 ｆ前 级 电 路 的 时 间 常 数 ， 使 得 通 过 程 控 放 Ａ 器 后 的 信 号波 形 的 Ｊ 时 问 和 脉 升 冲 宽 度 原 来 相 当 ， 本 』保 持 ｒ原 电 路 的 信 号波 基
＝＝
。
１ｐ ５
形 和 平均 ｜ 率 。 改 变 Ｍ ＡＸ５ １的 数 字 输 ＾ ， 输 十数 ５ 其
ａ ｍｐ ｉｉｒ ａ ｄ ｔ ｉ ｍｅ ｈ ｄ ｈ ｓ ｂ ｅ ｐ ｌ ｄ ｉ ｍｐ ｉ ｅ ｆ Ｘ—ａ ｌ ｏ ｅ ｃ ｎ ｅ ｓ ｅ ｔｏ ｌ ｅ ｎ ｈｓ ｆ ｔ ｏ ａ ｅ ｎ ａ ｐ ｉ ｎ ａ ｌ ｉ ｒｏ ｒ ｙ ｆｕ ｒ ｓ ｅ ｃ ｐ ｃ ｒ ｍｅ ｅ ｅ ｆ ｔｒ ｓ ｃ ｅ ｓｕｌ ． ｕ ｃｓｆ ｌ ｙ
【 摘
要 】 介 绍 了一 种 利 用 Ｄ／ 转 换 器 Ｍ Ａ ５ Ａ Ｘ５ １实现 程 控 放 太 器 的 方 法 ． 法 已 成 功 谊
地 应 用 于 ｘ 射 线 荧 光 谱 仪 放 太器 中 。 关 键 词 ： Ｘ５ １ 程 控 放 大 器 ， Ａ 转 换 器 ＭＡ ５ ， Ｄ／ 【 ｂ ｔａ ｔ Ｔｈｓ ｐ ｐ ｒ ｒｓｎｓ ａ Ａ ｓｒ ｃ １ ｉ ａ ｅ ｐｅｅ ｔ ｍｅｈ ｄ ｆ ｉ ｌ ｎａｉｎ ｏ ｒｇ ａ ｔｏ ｏ ｍｐｅ ｍｅ ｔｔ ｆ ｐ ｏ ｒｍｍａ ｌ ｏ ｂｅ
ＭＡ ５ Ｘ５ ｌ的 等 效 输 出 电 阻 约 为 ７ Ｉ ． 效 输 出 电 容 ．ｋ等
约为 １ ２ ｐ ＭＡＸ４ １ 的 输 入 电 容 约 为 ｌ～ ４～ ０ Ｆ， １ Ｏ ２Ｆ 因此 ． ｒ ｐ 由 —Ｒ ・（ ． 论 上 程 控 放 大 电 路 时 间 ’理
收 稿 日搠 ：０ ２ ０ ０ ２ ０ ２ ８
北京谱仪BESⅢ飞行时间探测器中的前置放大器
收 稿日 期： 2006-11- 23， 修回 日期 ：2007- 03- 06
第8期
冼 泽等：北京谱仪(BES III)飞行时间探测器中的前置放大器
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图 4 前放输入输出特性 Fig.4 A typical amplifier gain curve of the preamplifier
图 5 输出与理论值的线性误差分布
输入信号较小时，前放的上升时间在 1.7ns 左右， 其它情况下，前放的上升时间都在 1ns 左右。对于 实际使用中光电倍增管输出 4ns、5ns 前沿的脉冲来 说，前放 1ns 左右的上升时间几乎不会对输入脉冲 的前沿产生大的影响[4]。
F ig.5 Linear error of the output measurements to the data calculated by Equ.(1)
图 5 为其输出信号实测幅度与理论值的线性误
差随输出信号幅度的变化趋势。可以看出，在线性
动态范围内，线性误差的最大值不超过 10mV，据
此可用公式(2)计算出该前放的积分非线性。
号在长距离传输中的抗干扰能力，还增大了信号的 们的参数值，可使电路的带宽、增益得到优化。电
摆率，从而提高 FEE 中前沿定时的精度。
阻 R7 可减小 AD8099 输出的 Q 值，消除 Q 值过大
1 放大器原理
带来的电路振荡。全差分运算放大器 AD8131 构成 输出驱动电路，其正向输入端接收前级的输出信号，
flight，简称 TOF)探测器将扮演重要角色。TOF 读 出电子学系统是 BES III 电子学系统中难度较大的
驱动。 AD8099 是一种具有极低的噪声(0.95nV(Hz)-1/2)
一个子系统，要求所有 448 通道的读出电子学系统 的电压反馈型集成运算放大器。AD8099 的输入级
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通用谱仪放大器
一．组成
放大节、滤波成形电路、基线恢复电路。
二、工作原理
基线恢复(无源CD基线恢复电路、有源CD基线恢复电路、无源CDD基线恢复电路、有源CDD基线恢复电路)；通用谱仪放大器介绍(微分电路、极零相消电路、极性转换电路、放大电路、积分电路、基线恢复电路)
1.基线恢复器
CDD基线恢复器
为了使脉冲过后要以很快的速度恢复到原来的基线，可使有源CDD基线恢复器的I1从2I2改为KI2.这样，在K>>1时，可以在恢复时间内流过电容器C的电流。
2.微分电路、极-零相消电路、极性转换开关、一级放大电路。
作用：使输入脉冲宽度变窄，提高计数率，消除下冲，转换成形信号极性，进行初级放大。
3.限幅器与二级放大
作用：当输入信号幅度过大时，限制成形脉冲幅度，如果输入信号幅度还比较小，则再次进行放大。
4.积分电路
作用：使信号成形为准高斯波形，以利于后续电路分析。
5.后级放大与基线恢复器
作用：对成型后的信号再次进行放大，当计数率较高时，引入CDD基线恢复电路，使偏移的基线恢复。
三、仿真结果
四、关键点总结
1.放大器在核测量系统中的作用及其结构
作用：放大、成形结构：极性转换电路、极-零相消电路、积分滤波放大电路、基线恢复电路等
2.放大器的基本参量
放大倍数及其稳定性、线性(积分非线性与微分非线性)、噪声与信噪比、过载特性(幅度和计数率)、上升时间、输入输出阻抗
3.谱仪放大器的放大节
并联负反馈与串联负反馈；同相输入与反相输入信噪比的区别 4.谱仪放大器中的滤波成形
滤波成形的作用(抑制系统噪声、使信号形状满足后续分析设备的要求)；白化滤波器与匹配滤波器；滤波成形的信息畸变(弹道亏损、堆积畸变)；无源滤波成形电路(极-零相消、积分滤波成形、准高斯成形)；有源滤波成形电路；基线恢复器(CD恢复电路、CDD基线恢复电路)；通用谱仪放大器。