核电子学第9课滤波成形及放大器

核电子学与核仪器本堂课主要内容：三、谱仪放大器中的滤波成形3.4无源滤波成形电路3.5有源滤波成形电路四、通用谱仪放大器4.1基线恢复4.2通用谱仪放大器介绍三、谱仪放大器中的滤波成形3.4无源滤波成形电路极-零相消和RC积分滤波成形电路输入信号：1()e()1tiiiiiiQQvtVS=CCS三、谱仪放大器中的滤波成形3.4无源滤波成形电路极-零相消和RC积分滤波成形电路'21111()111()ioiiSQVSCSSS输出信号：当i=i’时2111()11oiQVSCSS由拉氏反变换得12112()()()ttoiQvteeC三、谱仪放大器中的滤波成形3.4无源滤波成形电路极-零相消和RC积分滤波成形电路不同微分、积分时间常数时的归一化输出波形当微分时间等于积分时间常数时，输出波形为()toiQtvteC三、谱仪放大器中的滤波成形3.4无源滤波成形电路准高斯滤波成形电路在讨论最佳滤波器时已指出，当成形波形为无限宽尖顶脉冲时，可以达到最佳信噪比。尽管这样的波形在实际中式无法实现的，并且也不适合后续电路的测量要求。但在理论上指出了信噪比的极限和成形波形的关系。无限宽尖顶脉冲和高斯型脉冲三、谱仪放大器中的滤波成形3.4无源滤波成形电路准高斯滤波成形电路极-零相消和RC积分滤波成形电路输出波形是不对称的。其前沿部分比后沿部分要快一些。而CR-(RC)m滤波成形电路能获得准高斯波形的脉冲。极-零相消和(RC)m积分滤波成形电路三、谱仪放大器中的滤波成形3.4无源滤波成形电路准高斯滤波成形电路一级极-零相消微分电路加m级积分电路，并取各级电路时间常数一样，则1()(1)omiQVSCS输出信号：()()!tmoiQtvteCm输出最大幅度：!mMomiQmVCme三、谱仪放大器中的滤波成形3.4无源滤波成形电路准高斯滤波成形电路积分级数越多，输出波形越接近高斯型。当积分级数增加1，在时域里则完成一次以指数为权的平均。因此幅度变小，峰位后移，脉冲宽度也变大。三、谱仪放大器中的滤波成形3.4无源滤波成形电路准高斯滤波成形电路CR-(RC)m电路的噪声分析1142!(23)!!(21)[]2(2)!!mmoptmemFmmm信噪比劣值系数最佳时间常数21coptmm12345∞F1.361.221.181.171.161.12不同m值F的对照表三、谱仪放大器中的滤波成形3.4无源滤波成形电路准高斯滤波成形电路在CR-(RC)m滤波成形中，峰堆积可通过堆积拒绝电路来剔除。尾堆积的影响在计数率确定的情况下，主要是脉冲宽度的影响，根据脉冲平均宽度的定义，电路的平均宽度为：01()wooMtvtdtV!()21mwcemtmm代入VoM和vo(t)后得三、谱仪放大器中的滤波成形3.4无源滤波成形电路准高斯滤波成形电路必须指出，如果所有隔离级的A=1时，通过滤波成形电路后的输出幅度要比输入幅度小，级数越多，输出幅度越小。所以，我们做实验的电路板在CR-(RC)m滤波成形后，在后面还要加一级放大器对输出信号进行放大。三、谱仪放大器中的滤波成形3.4无源滤波成形电路(CR)2-(RC)m滤波成形电路22()(1)omiQSVSCS输出信号：三、谱仪放大器中的滤波成形3.4无源滤波成形电路(CR)2-(RC)m滤波成形电路0.10.20246810m=1234()ofQvtCt－0.112/1(1)1()()(1)!mtomfQmtteutCm三、谱仪放大器中的滤波成形3.5有源滤波成形电路运算放大器构成的微分和积分电路有源微分电路有源积分电路H(S)=SRCH(S)=1/SRC有源微分电路相当于无源微分电路中CR时间常数很小的情况；而有源积分电路相当于无源积分电路中RC时间常数非常大的情况。三、谱仪放大器中的滤波成形3.5有源滤波成形电路常用有源滤波器可通过网络方程来求改电路的传输函数。31232()()1oRVSiiSRC11211()iVSiRiSC2122211()iiRiRSC31212()11()()(1)1oiVSRHSVSRRSSA2C1C3R2R1R()ovt()ivt传输函数：三、谱仪放大器中的滤波成形3.5有源滤波成形电路常用有源滤波器A2R1R()ivt()ovt2C3R4R(b)1C34312()()()()()()1ooiccoRVSVSVSVSRRVSVSRRSC3432()()ocRKVSVSRRKSRC2()21()11()()()oiVSHSjjVSSS传输函数为：四、通用谱仪放大器4.1基线恢复器堆积使信号的基线发生涨落。此外，即使是无尾堆积的系列脉冲通过CR网络时，由于电容上电荷在放电时间内，未能把充电的电荷放光，那么下一个脉冲到达时，电容上的剩余电荷将引起这个新出现脉冲的基线偏移。其结果使能谱峰位移动及能量分辨率变坏，在高计数率时尤为突出。矩形脉冲引起的基线偏移随机脉冲引起的基线偏移四、通用谱仪放大器4.1基线恢复器CD基线恢复器无源CD基线恢复电路有源CD基线恢复电路四、通用谱仪放大器4.1基线恢复器CDD基线恢复器无源CDD基线恢复电路四、通用谱仪放大器4.1基线恢复器CDD基线恢复器有源CDD基线恢复电路四、通用谱仪放大器4.1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K1时，可以加大在恢复时间内流过电容器C的电流。四、通用谱仪放大器4.1基线恢复器开关型基线恢复器在信号持续期内，开关触地；在信号通过后，即在信号间隙时间里，用控制器电路把开关接通，使电容C在信号持续期内所充的电荷放光。四、通用谱仪放大器四、通用谱仪放大器三端稳压器四、通用谱仪放大器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。四、通用谱仪放大器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。四、通用谱仪放大器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。四、通用谱仪放大器后级放大与基线恢复电路作用：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。总结三、谱仪放大器中的滤波成形RC积分成形电路、准高斯波形成形电路、(CR)2-(RC)m成形电路、有源滤波成形电路四、通用谱仪放大器基线恢复(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)