可程控核能譜信號放大器原理分析

引言

　　核能譜放大器是能譜測量系統(tǒng)的重要組成部分，其性能直接影響整個能譜測量系統(tǒng)的分辨率。本文對傳統(tǒng)的核能譜信號放大器的不足之處進(jìn)行了改進(jìn)。設(shè)計研制一種通用的、放大倍數(shù)可程控的核能譜信號放大器，使其能同時適用于X熒光儀，伽瑪譜儀等核能譜測量儀器，具有通用性。該放大器如進(jìn)一步融合信號采集(A/D轉(zhuǎn)換)技術(shù)和數(shù)字信號處理(DSP)技術(shù)可構(gòu)成一個功能完備的核能譜信號處理系統(tǒng)。

　　1 電路基本組成

　　該電路主要包括濾波成形，程控放大，基線消除等三部分。其中濾波成形電路包括極零相消，四級巴特沃斯濾波電路，極性選擇電路;程控放大電路包括一級20倍放大和12位DAC程控放大電路;基線消除電路包括去除直流電路，反相電路及電壓跟隨電路，結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

　　2 單元電路原理分析

　　2.1 極零相消

　　信號輸入端接入極零相消電路可以消除對探頭信號進(jìn)行微分時所引起的下?lián)?，使脈沖單調(diào)地回到基線，它改善了計數(shù)率過載和脈沖幅度疊加的效應(yīng)，適用于高分辨率和高計數(shù)率的譜儀系統(tǒng)。圖2為設(shè)計電路及實驗測試信號圖。

　　2.2 濾波成形

　　電路采用兩個二階巴特沃斯濾波電路級聯(lián)成四階巴特沃斯濾波電路。用運(yùn)算放大器設(shè)計的二階低通Butterworth濾波電路，直接采用頻域分析方法得到：

　　式中：k相當(dāng)于同相放大器的電壓放大倍數(shù)，叫做濾波器的通帶增益;Q為品質(zhì)因數(shù);ω0為特征角頻率。圖3為濾波成形部分電路設(shè)計原理圖，圖4為實驗測試結(jié)果。