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的重要組成部分，其性能直接影響整個能譜測量系統的分辨率。本文對傳統的核能譜信號放大器的不足之處進行了改進。設計研制一種通用的、放大倍數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。該放大器如進一步融合信號采集(A/D轉換)技術和數字信號處理(DSP)技術可構成一個功能完備的核能譜信號處理系統。

　　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，結構框圖如圖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行微分時所引起的下擊，使脈沖單調地回到基線，它改善了計數率過載和脈沖幅度疊加的效應，適用于高分辨率和高計數率的譜儀系統。圖2為設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成四階巴特沃斯濾波電路。用運算放大器設計的二階低通Butterworth濾波電路，直接采用頻域分析方法得到：

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