谱仪放大器
核电子技术原理 (王芝英 着) 原子能出版社 部分课后答案
V0(s) = I0(s)·[R0∥(1/sc)]
= I0[1/(s+1/τ)]·[R0(1/sc0)/( R0+(1/sc0))
=( I0/ c0)·{1/[(s+1/τ) (s+1/ R0 c0)]}
∴
V0 (t)
= I0R0 1− R0C0 τ
⎛ −t ⎜⎜ e τ ⎝
t −
e − R0C0
⎞ ⎟⎟⎠
30 u
a： T1 共射极放大，T3,T4 两级共集电极放大 恒流源作负载，10μ自举电容，电压并联负反馈。
1
2
3
b：
T1 共基，T2 共射，T3 共集，T4，T5 互补复合跟随器。 1μ自举电容，电压并联负反馈。
3.5 极零相消电路和微分电路有什么区别？如何协调图示的参数，使 它能达到极零相消的目的？
∵
E
=
1 2
CV
2
∴V = 2E / C = 0.126V
1.9 求单个矩形脉冲 f（t）通过低通滤波器，RC=T，RC=5T，及 RC=T/5， 时的波形及频谱。
U
t
⎧0 V0 (t) = ⎪⎨1− e−(t+T / 2)/ RC
⎪⎩(1− e−T / RC )e−(t−T / 2) / RC
t <T/2 −T / 2 ≤ t ≤T / 2 t >T/2
（1）求 Vo(t)的一般表达式 （2）当 Cf=1pF, Rf=109Ω时，画出大致波形并与 Rf→∞时作比较。
（1）
⎛
⎞
⎛
∵VO ( s) = −Q ⎜⎜⎝ Rf
1 //
sC f
⎞Q ⎟⎟⎠ = − C f
⎜ ⎜
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。
PL谱介绍
三、PL谱的应用 谱的应用
由于光致发光光谱的测定直接建立在额 外载流子复合的基础上， 外载流子复合的基础上 ， 而复合过程与材料 的能带结构、 的能带结构 、 杂质和缺陷的性质与密度以及 带电状态等有很紧密的关系， 带电状态等有很紧密的关系 ， 因此光致发光 光谱在很多研究领域得到广泛应用。 光谱在很多研究领域得到广泛应用。
（ 4）浅能级与本征带间的载流子复合 ） 浅能级与本征带间的载流子复合——即导 即导 带电子通过浅施主能级与价带空穴的复合， 带电子通过浅施主能级与价带空穴的复合，或价 带空穴通过浅受主能级与导带电子的复合； 带空穴通过浅受主能级与导带电子的复合； 专指被施主-受主杂质 （5）施主 受主对复合——专指被施主 受主杂质 ）施主-受主对复合 对束缚着的电子-空穴对的复合 ， 因而亦称为施 对束缚着的电子 空穴对的复合， 空穴对的复合 受主对(D-A对)复合； 复合； 主-受主对 受主对 对 复合 空穴对通过深能级的复合——即SHR （6）电子 空穴对通过深能级的复合 ）电子-空穴对通过深能级的复合 即 复合， 复合，指导带底电子和价带顶空穴通过深能级的 复合，这种过程中的辐射复合几率很小。 复合，这种过程中的辐射复合几率很小。
光致发光光谱测量装置示意图激光器电源激光器样品室样品反射镜滤光片透镜透镜单色仪狭缝光电倍增管锁相放大器计算机真空泵制冷仪氩离子激光器电源氩离子激光器hecd激光器样品架样品室制冷仪真空泵triax550pl谱仪放大器控温仪变功率测量10
光致发光(PL)谱原理、 谱原理、 光致发光 谱原理 测试及应用
从微观上讲，光致发光可以分为两个步骤： 从微观上讲，光致发光可以分为两个步骤： 第一步是以光对材料进行激励， 第一步是以光对材料进行激励 ， 将其中电子 的能量提高到一个非平衡态， 也就是所谓的“ 的能量提高到一个非平衡态 ， 也就是所谓的 “ 激 发态” 发态”； 第二步， 第二步 ， 处于激发态的电子自发地向低能态 跃迁，同时发射光子，实现发光。 跃迁，同时发射光子，实现发光。
红外光谱仪的组成部件及作用
红外光谱仪的组成部件及作用
红外光谱仪是一种用于测量红外光的仪器，广泛应用于化学、物理、生物、医药等领域。
它主要由以下几个部件组成：
1.光源系统：红外光谱仪的光源系统主要是用来提供红外光，以照射样品并产生光谱。
通常使用的光源有气体放电灯、激光等。
2.样品室：样品室是放置样品的区域，它需要保持干净、干燥，并且具有可重复使用的能力。
样品可以是固体、液体或气体，其大小和形状应适应样品室的大小和形状。
3.光谱仪：光谱仪是红外光谱仪的核心部分，它可以将光源发出的红外光照射到样品上，并将样品产生的光谱收集起来。
光谱仪通常由光栅、反射镜、狭缝等组成。
4.检测器：检测器是用来检测样品产生的光谱并将其转化为电信号的装置。
通常使用的检测器有光电倍增管、热电偶等。
5.数据处理系统：数据处理系统是用来处理检测器检测到的电信号并将其转化为光谱数据的系统。
它通常包括放大器、滤波器、ADC （模数转换器）等。
6.真空系统：真空系统是用来保持样品室内的真空度的系统。
在红外光谱仪中，为了避免样品受到空气的影响，通常需要将样品室抽成真空。
7.控制系统：控制系统是用来控制红外光谱仪各个部件的操作和工作的系统。
它通常包括计算机、控制器、执行器等。
8.计算机系统：计算机系统是用来控制红外光谱仪的工作和数据
处理的系统。
它通常包括计算机硬件、软件等。
以上是红外光谱仪的主要组成部件及其作用。
这些部件协同工作，使得红外光谱仪能够测量样品的红外光谱并进行分析。
核电子学与核仪器
1．说明：核辐射探测器辐射探测器是将入射射线的信息(能量、强度、种类等)转换成电信号或其它易测量信号的转换器，即传感器或换能器。
是用来对核辐射和粒子的微观现象，进行观看和研究的传感器件﹑装置或材料。
2．核辐射探测的要紧内容有哪些？辐射探测的要紧内容有：记录入射粒子的数量(射线强度)，测定射线的种类，确信射线的能量等。
应用要求不同，探测的内容可能不同，利用的辐射探测器也可能不同。
3．常见的核辐射探测器按工作原理可分成哪几类？常见的辐射探测器，按工作原理可分成以下几类:①利用射线通过物质产生的电离现象做成的辐射探测器，例如，电离室、半导体探测器等。
②利用射线通过物质产生荧光现象做成的探测器，例如，闪烁计数器。
③利用辐射损伤现象做成的探测器，例如，径迹探测器。
④利用射线与物质作用产生的其他现象，例如，热释光探测器。
⑤利用射线对某些物质的核反映、或彼此碰撞产生易于探测的次级粒子做成的探测器，例如，中子计数管。
⑥利用其他原理做成的辐射探测器。
4．闪烁计数器由哪几个部份组成？答：闪烁计数器由闪烁体和光电倍增管等组成。
5．核辐射探测器输出的脉冲，其哪些参量与射线强弱、能量大小有着什么样的定性关系？入射射线强时，单位时刻内产生的脉冲数就多一些；入射粒子能量大时，产生的光子就多，脉冲幅度就大一些，从这些情形即可测知射线的强度与能量。
6．对用作核辐射探测器的闪烁体有哪些要求？①闪烁体应该有较大的阻止本领，如此才能使入射粒子在闪烁体中损耗较多的能量，使其更多地转换为光能，发出较亮的闪光。
为此，闪烁体的密度及原子序数大一些对测量γ射线是适合的。
②闪烁体应有较大的发光效率(也称转换效率)。
③闪烁体对自己发出的光应该是透明的，如此，闪烁体射出的光子能够大部份(或全数)穿过闪烁体,抵达其后的光电倍增管的阴极上，产生更多的光电子。
④闪烁体的发光时刻应该尽可能短。
闪烁体的发光时刻越短，它的时刻分辨能力也就越强，在必然时刻距离内，能够观测的现象也就更多，能够幸免信号的重叠。
TXRF元素分析仪介绍
TXRF元素分析仪介绍全反射X荧儿（TXRF）分析技术是十多年前才发展起来的多元素同时分析技术，它突出的优点是检出限低（pg、ng/mL 级以下）、用样量少（Μl、ng级）、准确高度（可用内标法）、简便、快速，而且要进行无损分析，成为一种不可替代的全亲的元素分析方法。
国际上每两年召开一次TXRF分析技术国际讨论会。
该技术被誉为在分析领域是最具有竞争力的分析手段，在原子谱仪领域内处于领先地位。
从整个分析领域看，与质谱仪中的ICP-MS 和GDMS、原子吸收谱仪中的ETAAS和EAAS以及中子活化分析NAA等方法相比较，TXRF 分析在检出限低、定量性好、用样量少、快速、简便、经济、多元素同时分析等方面有着综合优势。
在X荧光谱仪范围内，能谱仪（XRF）和波谱仪（WXRF）在最低检出限、定量性、简便性、准确性、经济性等方面，都明显比TXRF差。
在表面分析领域内，尤其在微电子工业的大面积硅片表面质量控制中，TXRF已在国际上得到广泛应用。
1. TXRF分析仪工作原理：TXRF利用全反射技术，会使样品荧光的杂散本底比XRF降低约四个量级，从而大大提高了能量分辨率和灵敏率，避免了XRF和WXRF测量中通常遇到的木底增强或减北效应，大大缩减了定量分析的工作量和工作时间，同时提高了测量的精确度。
测量系统的最低探测限（MDL）可由公式计算：MDL2/1l(3=(2)M)t/l/b这里，b l是木底计数率，t为测量计数时间，M为被测量元素质量，l代表被测量元素产生的特征峰净计数率，S=I/M就是系统灵敏度，由公式可以看出，提高灵敏底、降低木底计数率、增加计数时间是降低MDL的有效办法。
木氏低、灵敏度高正是TXRF方法的长处，因而MDL很低。
2. TXRF元素分析仪主要性能指标：1012-）（1）最低绝对检出限：pg 级（g10-）（2）最低相对检出限：ng/ml级（9（3）单次可用时分析元素数量：20多种：（4）测量元素范围：可以从11号元素到92号元素。
傅里叶红外光谱仪各部件的作用
傅里叶红外光谱仪各部件的作用傅里叶红外光谱仪是一种分析物质分子的工具，它能够确定有机和无机物质的分子的化学成分，结构和反应特性。
红外光谱仪主要由以下几个部分组成：一、光源光源是傅里叶红外光谱仪的关键部分之一，用于产生足够的光子以激发化合物分子的振动，从而制造出红外光谱。
常见的光源有钨灯、氘灯、红外激光等。
每种光源都有其独特的优点和限制条件，根据样品的需要来选择不同的光源，以实现精确的分析过程。
二、样品架样品架位于光源与探测器之间，用于支撑和安装待测样品。
在样品架上装有红外透明的窗口，可以透过光线，从而允许光线和样品进行交互。
通常使用碳化硅窗口或氟化镁窗口，具有良好的光学性能，以保证样品分析的准确性。
三、波长选择装置波长选择装置用于选择合适的波长以测量样品的吸收谱。
其中，常用的选择装置是自旋转棱镜和波片。
自旋转棱镜能够根据样品需求旋转，调整波长。
波片则能够通过改变振动方向，达到选择波长的目的。
四、探测器探测器是整个傅里叶红外光谱仪中最核心的部分之一，用于转换红外光线的信号为电信号。
通常使用的探测器有热电偶，半导体探测器，以及MCT探测器。
这些探测器都有自己的优缺点，需要选择正确的探测器来获得可靠的分析结果。
五、放大器放大器主要是用于放大探测器输出的电信号，增加信号的强度来完成红外分析。
放大器也是仪器的关键部分之一，主要有差动放大器和分立放大器两种类型。
差动放大器模拟处理频带宽，适用于各种样品类型，而分立放大器则更加适用于精密的测量和小量样品的分析。
傅里叶红外光谱仪的各部分相互作用，共同完成对目标材料分析的过程。
通过了解各部分的作用和特性，我们可以选取最合适的仪器适应实际需要。
气相色谱仪工作原理
系统由储液器、泵、进样器、色谱柱、检测器、记录仪等几部分组成。
储液器中的流动相被高压泵打入系统,样品溶液经进样器进入流动相,被流动相载入色谱柱(固定相)内,由于样品溶液中的各组分在两相中具有不同的分配系数,在两相中作相对运动时,经过反复多次的吸附-解吸的分配过程,各组分在移动速度上产生较大的差别,被分离成单个组分依次从柱内流出,通过检测器时,样品浓度被转换成电信号传送到记录仪,数据以图谱形式打印出来高效液相色谱仪主要有进样系统、输液系统、．分离系统、检测系统和数据处理系统，下面将分别叙述其各自的组成与特点。
1．进样系统液相色谱仪一般采用隔膜注射进样器或高压进样间完成进样操作，进样量是恒定的。
这对提高分析样品的重复性是有益的。
2．输液系统该系统包括高压泵、流动相贮存器和梯度仪三部分。
高压泵的一般压强为l．47～4．4X107Pa，流速可调且稳定，当高压流动相通过层析柱时，可降低样品在柱中的扩散效应，可加快其在柱中的移动速度，这对提高分辨率、回收样品、保持样品的生物活性等都是有利的。
流动相贮存错和梯度仪，可使流动相随固定相和样品的性质而改变，包括改变洗脱液的极性、离子强度、PH值，或改用竞争性抑制剂或变性剂等。
这就可使各种物质（即使仅有一个基团的差别或是同分异构体）都能获得有效分离。
3.分离系统该系统包括色谱柱、连接管和恒温器等。
色谱柱一般长度为10～50cm （需要两根连用时，可在二者之间加一连接管），内径为2～5mm，由"优质不锈钢或厚壁玻璃管或钛合金等材料制成，住内装有直径为5～10μm粒度的固定相（由基质和固定液构成）．固定相中的基质是由机械强度高的树脂或硅胶构成，它们都有惰性（如硅胶表面的硅酸基因基本已除去）、多孔性（孔径可达1000?）和比表面积大的特点，加之其表面经过机械涂渍（与气相色谱中固定相的制备一样），或者用化学法偶联各种基因（如磷酸基、季胺基、羟甲基、苯基、氨基或各种长度碳链的烷基等）或配体的有机化合物。
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FH1002A谱仪放大器输入节 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；
τ 1 1 tz = ln = τ ln 其中 λ = τ τ f << 1 ，此为双极性脉冲，可以求得过零时间为 1− λ λ λ
达到负峰值时间为 2τ 1 1 tm = ln = 2τ ln Vm − 负峰值与正峰值之比为 1− λ λ λ =λ Vm + 下冲的后沿部分可以用 V (t ) = − Q λe −t τ f 来表示，尽管其值很小，但是尾部拖得很长。会带来幅 幅 0 Cf 度过载问题。 度过载
放大器基本参量
输入阻抗核输出阻抗：放大器的输入阻抗大小的要
求取决于信号源的内阻大小，而放大器的的输出阻抗 则取决于后续电路的要求。通常放大器的输出阻抗小 一些好，以便能适应在不同负载情况下工作。与输出 电缆匹配相使用，输出阻抗一般为50欧姆大小。
谱仪放大器的电路组成
组成 放大 放大器
放大电路 谱 仪 放 大 器 成 电路 电路
谱仪放大器的基本机构
侯克斌 核资源与核勘查 2007.11.2
目录
概述 谱仪放大器放大节 滤波成形网络 极零相消微分网络 堆积判弃电路
一 概述
测量核辐射用的脉冲放大器常分为前置放大器 和主放大器 谱仪大器：用来进行脉冲幅度分析，即射线能量分
析的主放大器称为谱仪放大器；因为输入信号与输出 信号呈线性关系又称线性脉冲放大器或线性放大器；
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。
放大节在频带上的要求：内部参数不会影响滤 波器的时间参数。
由于一个放大节内总是直流耦合，因而不会影响微 分和积分时间常数，但是如果高频特性较差，也就是 说上升时间较大时，相当于加一个RC积分电路，这就 使滤波器的时间参数受放大节内部性能的影响，这样 会难于调节时间常数，也易引起滤波性能不稳定。为 了避免这种情况发生，要求整体放大器总的上升时间 不大于0.1µs。如果谱仪放大器由几节组成，则每节上 0.1 升时间应小于 n us，相当于带宽为10MHZ。对每节开环 增益要求在100倍以上，闭环增益在5～10倍，稳定性 优于0.1%。
三 极零相消微分网络
极零相消原理：
电荷灵敏放大器由于反馈回路泄放电阻的存在，输出信号形状不是阶跃信号而是指数衰减形状， Q −t τ 即
V (t ) = Cf e
f
CR 其中 τ f = R f C f ，大约在毫秒量级，用CR高通电路进行微分
V0 (S ) = Q S Cf 1 1 S + S + τ τf
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。
作用：对前置放大器输出信号进行放大、滤波成形； 构成：通用谱仪放大器一般包括放大电路、滤波成形
电路、堆积判弃电路、定时信号输出电路、基线恢复 器等
放大器基本参量
增益（放大倍数）及稳定性:输入阶越电压或足
够宽的矩形脉冲电压时,输出脉冲幅度与输入脉冲幅 度之比；在能谱测量中，如果放大器的增益不稳定， 则输出的信号幅度随之变化，能量分辨率将变坏；
τ2 =
R1 R2 C R1 + R2
τ2
Байду номын сангаас
调节 R1 使 τ 1 = τ f，可以得到
V0 (t ) =
成为单极性信号， 单极性信号， 单极性信号
Q −t τ 2 e Cf
只要选择 R2 << R1 则可以使输出信号变窄 输出信号变窄
四 堆积判弃电路
堆积判弃原则
对峰堆积的处理方法首先要能够随时发现峰堆积，通常是设法判别信 号的时间间隔是否过小，堆积是否发生，然后发发生峰堆积的信号剔 除，不予放大和记录，这样虽然会损失一定的计数，但可以校正，这 种技术称为堆积拒绝（或称为堆积排除，堆积舍弃，反堆积）。 对一个信号是否发生堆积要有一个判别的标准。以一个信号脉冲为观 察脉冲，如果后一个脉冲峰部前沿落在观察脉冲的达峰时间上产生的 峰堆积称为前堆积 前堆积，这时两个脉冲幅度都产生畸变，都应该舍去。 前堆积 如果前一个脉冲峰部后沿落在观察脉冲的达峰时间上产生的峰堆 积称为后堆积 后堆积，这样前一个脉冲信号幅度没有畸变，而观察脉冲幅度 后堆积 畸变了，对前一个脉冲应该分析，而观察脉冲应该舍去。当然这时观 察脉冲峰部前沿在前一个脉冲达峰时间后面。
电路
电路
电路
谱仪放大器方框图
一 谱仪放大器放大节
定义：一个谱仪放大器一般由若干个负反馈放大单元串接
组成，每个放大单元称为一个放大节。
放大节组成： 通常是由一个高增益的运算放大器（由分
立元件或者集成电路组成）和一个反馈网络组成。实际上 放大器很多指标在很大程度上取决于单元放大节的指标的 优劣。
一 谱仪放大器放大节
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。 单极性信号
三 极零相消微分网络
其中
极零相消具体实现方法
H (S ) =
S+ S+
1
τ1
1
τ 1 = CR1
线性：放大器的线性是指放大器的输入信号幅度和
输出信号幅度之间的线性程度。谱仪放大器在实际工 作所规定的信号幅度范围内还是随着输入信号或者输 出信号幅度变化而有一个微小的变化。当这个变化超 出所允许的数值时，就会给能谱测量带来了不允许的 畸变。“线性”在谱仪放大器中是个很重要的指标。
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