专利名称：低噪音电荷灵敏前置放大器的制作方法
技术领域：
本实用新型是一种低噪音电荷灵敏前置放大器，它主要用于带电粒子、重离子探测器输出信号的预放大，也适合其他微弱信号的放大。技术涉及核物理、核技术应用与核仪器电子学。
背景技术：
在核物理和粒子物理实验研究中，或者是在核科学与技术的实际应用当中，需要采用电子学方法对核辐射进行测量，对核探测器输出的信号进行处理与分析。由于核探测器输出的信号往往比较小，一般情况下，都首先要通过放大器进行放大，因而前置放大器是用的非常多、非常普遍的一种放大器。根据核探测器输出信号成形方式的特点分类，前置放大器可以分为电压灵敏前置放大器、电流灵敏前置放大器和电荷灵敏前置放大器三大类，而电荷灵敏前置放大器是目前高分辨能谱测量系统中用得最多的前置放大器，它输出增益稳定、噪声低、性能良好。由于电荷灵敏前置放大器有这样一些优点，因而，性能优良的、商品化的电荷灵敏前置放大器的价格也十分昂贵。随着实验技术的不断发展，核物理研究的实验规模越来越大，在一个实验测量系统中，需要的探测单元也越来越多，每一个探测单元需要配备一个前置放大器，这样就需要许多个前置放大器。在这种大型的实验测量系统中，目前商用的通用型前置放大器无论在体积上、还是在造价上都不再能适应实际要求了。
发明内容
本实用新型的目的在于避免现有技术的不足之处而提供一种小型、高性能、低成本的低噪音快电荷灵敏前置放大器。此种电荷灵敏前置放大器主要采用低噪声场效应晶体管和通用集成运算放大器构成，这种构建模式就形成了本实用新型的最显著特点。
本实用新型的目的可以通过采用以下技术方案来实现一种低噪音电荷灵敏前置放大器，包括有探测器信号输入(P2)、测试脉冲信号输入(P3)、探测器偏置高压输入(P1)，电荷前放的能量信号输出(P4)，其主要特点是还包括在探测器信号输入(P2)、测试脉冲信号输入(P3)、探测器偏置高压输入(P1)的输出端与N沟道结型低噪声场效应管(Q1)的栅极相连；高速宽带低噪声运算放大器(A1)的+V1端与N沟道结型低噪声场效应管(Q1)的输出端(漏极)、电源电压+V端相接，其输出端与电荷前放的能量信号输出(P4)相接；反馈电阻(R9)、与反馈电容(C5、C6、C7)、跳线器(J1、J2、J3)连在N沟道结型低噪声场效应管(Q1)的栅极与高速宽带低噪声运算放大器(A1)的输出端。有放大器的反馈支路由反馈电阻(R9)、与反馈电容(C5、C6、C7)构成，反馈电容可以是C5、C6、C7中的任意一个，或者是它们三者之间的任意一种组合，通过适当设置跳线器(J1、J2、J3)可以改变反馈电容的电容量，从而改变电荷前放的电荷灵敏度ACQ，电荷灵敏度定义为ACQ=VOMQ,]]>式中的Q为输入电荷量，可以得出ACQ=1Cf]]>是一个仅与Cf有关的量。Cf为C5、C6、C7。
所述的低噪音电荷灵敏前置放大器的探测器信号输入(P2)至少为一个。所述的高速宽带低噪声运算放大器(A1)的带宽为≥300MHz。
本实用新型还包括有快定时信号输出(P5)电路，由在高速宽带低噪声运算放大器(A1)的输出端与电荷前放的能量信号输出(P4)之间连有电容(C12)、电阻(R12、R13)、高频耦合变压器(T1)、快定时信号输出(P5)组成。
低噪音电荷灵敏前置放大器还包括有由反馈电容(C5、C6、C7)、跳线器(J1、J2、J3)构成的反馈支路，在输入端一侧，也可以连接在输入耦合电容(C4)之前。
本实用新型可制作成为单路型、多路型；常规型和表面封装型几种形式。单路型即指单个独立的电荷前放，多路型指将多个各自独立的电荷前放安装在同一个机壳内；常规型指采用常规大小的元器件(有别于表面贴片元件)制作而成，表面封装型是指采用表面贴片元件制作而成。
本实用新型的有益效果是，电路设计方案新颖，它主要采用低噪声场效应晶体管和高速、宽带、低噪声通用集成运算放大器构成，其等效输入噪声≤2.2keV(Si)，该指标接近或达到国外同类电荷前放的指标，等效输入噪声是电荷前放的最关键技术指标。本实用新型输出信号的上升时间tr≤10ns。主要特点是电路结构简单、体积小、制作成本低，易于小型化和多路集成，输出信号上升时间快、噪声低、稳定性好。
图1为本实用新型实施例的电路图。
具体实施方式
以下结合附图所示之最佳实施例作进一步详述见图1，低噪音电荷灵敏前置放大器，有探测器信号输入P2、测试脉冲信号输入P3、探测器偏置高压输入P1，电荷前放的能量信号输出P4，在探测器信号输入P2、测试脉冲信号输入P3、探测器偏置高压输入P1的输出端与N沟道结型低噪声场效应管Q1的栅极相连；高速宽带低噪声运算放大器A1的+V1端与N沟道结型低噪声场效应管Q1的输出端(漏极)、电源电压+V端相接，其输出端与电荷前放的能量信号输出P4相接；反馈电阻R9连在N沟道结型低噪声场效应管Q1的栅极与高速宽带低噪声运算放大器A1的输出端。有放大器的反馈支路由反馈电阻R9、与反馈电容C5、C6、C7构成，反馈电容可以是C5、C6、C7中的任意一个，或者是它们三者之间的任意一种组合，通过适当设置跳线器J1、J2、J3可以改变反馈电容的电容量，从而改变电荷前放的电荷灵敏度ACQ。低噪声电荷灵敏前置放大器的探测器信号输入为P2。所述的高速宽带低噪声运算放大器A1的带宽为大于300MHz。有快定时信号输出P5电路，由在高速宽带低噪声运算放大器A1的输出端与电荷前放的能量信号输出P4之间连有电容C12、电阻R12、R13、高频耦合变压器T1、快定时信号输出P5组成。由反馈电容C5、C6、C7、跳线器J1、J2、J3构成的反馈支路，在输入端一侧，可连接在输入耦合电容C4之前。在机壳上设有的探测器偏置高压输入P1的连接器为SHV型连接器，设有的探测器信号输入P2、测试脉冲信号输入P3、电荷前放的能量信号输出P4、快定时信号输出P5的连接器是BNC/CC5/LEMO型连接器，设有的探测器信号输入P2也可以是SHV型连接器。
权利要求1.一种低噪音电荷灵敏前置放大器，包括有机壳，探测器信号输入(P2)、测试脉冲信号输入(P3)、探测器偏置高压输入(P1)，电荷前放的能量信号输出(P4)，其特征是还包括在探测器信号输入(P2)、测试脉冲信号输入(P3)、探测器偏置高压输入(P1)的输出端与N沟道结型低噪声场效应管(Q1)的栅极相连；高速宽带低噪声运算放大器(A1)的+V1端与N沟道结型低噪声场效应管(Q1)的输出端(漏极)、电源电压+V端相接，其输出端与电荷前放的能量信号输出(P4)相接；反馈电阻(R9)、与反馈电容(C5、C6、C7)、跳线器(J1、J2、J3)连在N沟道结型低噪声场效应管(Q1)的栅极与高速宽带低噪声运算放大器(A1)的输出端。
2.如权利要求1所述的低噪音电荷灵敏前置放大器，其特征是所述的探测器信号输入(P2)至少为一个。
3.如权利要求1所述的低噪音电荷灵敏前置放大器，其特征是还包括有快定时信号输出(P5)电路，由在高速宽带低噪声运算放大器(A1)的输出端与电荷前放的能量信号输出(P4)之间连有电容(C12)、电阻(R12、R13)、高频耦合变压器(T1)、快定时信号输出(P5)组成。
4.如权利要求3所述的低噪音电荷灵敏前置放大器，其特征是还包括有所述的高速宽带低噪声运算放大器(A1)的带宽为≥300MHz。
5.如权利要求4所述的低噪音电荷灵敏前置放大器，其特征是还包括有由反馈电容(C5、C6、C7)、跳线器(J1、J2、J3)构成的反馈支路，在输入端一侧，可以连接在输入耦合电容(C4)之前，也可以连接在输入耦合电容(C4)之后。
6.如权利要求5所述的低噪音电荷灵敏前置放大器，其特征是还包括有在机壳上设有的探测器偏置高压输入(P1)的连接器为SHV型或BNC型连接器，设有的探测器信号输入(P2)、测试脉冲信号输入(P3)、电荷前放的能量信号输出(P4)、快定时信号输出(P5)的连接器是BNC/CC5/LEMO型连接器，设有的探测器信号输入(P2)也可以是SHV型连接器。
专利摘要本实用新型是一种低噪音电荷灵敏前置放大器，它主要用于带电粒子、重离子探测器输出信号的预放大，也适合其他微弱信号的放大。技术涉及核物理、核技术应用与核仪器电子学。一种低噪音电荷灵敏前置放大器，包括有机壳，探测器信号输入、测试脉冲信号输入、探测器偏置高压输入，电荷前放的能量信号输出，其主要特点是还包括在探测器信号输入、测试脉冲信号输入、探测器偏置高压输入的输出端与N沟道结型低噪声场效应管的栅极相连；高速宽带低噪声运算放大器的+V
文档编号G01T1/00GK2695987SQ20032012836
公开日2005年4月27日 申请日期2003年12月27日 优先权日2003年12月27日
发明者苏弘, 董成富, 李小刚, 李勇, 马晓莉 申请人:中国科学院近代物理研究所