3.4. Зарядочувствительные предусилители

Этот тип предусилителей обычно используется в электронных каналах измерения энергии частиц для предварительного усиления сигналов от источников (детекторов) с большим внутренним сопротивлением. Примером могут служить полупроводниковые детекторы.

Рис. 3.17

Такой детектор фактически является р-п переходом (диодом), смещенным в обратном направлении (рис. 3.17, а), и как источник сигнала представляет источник тока с внутренним сопротивлением RcM и емкостью Сд (рис. 3.17,6).

В полупроводниковых детекторах в момент поглощения ими энергии квантов или заряженных частиц происходит образование электронно - дырочных пар, количество которых пропорционально поглощенной энергии. Под действием смещающей разности потенциалов, приложенной к детектору, образовавшиеся носители начинают двигаться, в результате чего возникает импульс тока /д (t), площадь которого (заряд) пропорционален поглощенной энергии.

Для преобразования заряда в пропорциональное ему напряжение достаточно проинтегрировать импульс тока. При использовании обычных (без интегрирования) предусилителей в качестве интегрирующей выступает емкость детектора, при этом получается сильная зависимость сигнала от режима работы детектора, температуры, паразитных емкостей и т.п. Для уменьшения этих эффектов вместо пассивного интегрирования используются активные интеграторы, в данном применении получившие название зарядочувствительных усилителей (ЗЧУ).

Основой для построения ЗЧУ является усилитель с большим собственным коэффициентом усиления, охваченный интегрирующей ООС (рис. 3.18).

в результате протекания тока сигнала происходит заряд емкостей Са и Сое и на входе ЗЧУ появляется сигнал напряжения f4c, определяемый входным зарядом: Qex

[3.4.1]

Рис. 3.18

Сигнал на выходе

При С ,(1 + 4,) С и,

[3.4.2] [3.4.3]

Величина Cq{\ + Д) = С . называется эффективной динамической емкостью ЗЧУ. На практике всегда стараются выполнить условие C . При большом Ао это достигается

уже при

1 - 5пф.

На параметры ЗЧУ существенно влияет

частотная характеристика используемого усилителя. Рассмотрим этот вопрос более подробно.

На рис. 3.19 внутренняя структура усилителя представлена произвольным усилительным элементом с крутизной вольтамперной характеристики S и внутренним сопротивлением R, и буферным выходным каскадом с высоким входным и низким выходным сопротивлениями. Емкость

Рис. 3.19

С складывается из выходной емкости усилительного элемента, входной емкости буферного каскада и емкости элементов монтажа. При разомкнутой ОС коэффициент усиления по напряжению

Ж ..-, 13.4.4]

где Aq - S{R\\ Rj) - коэффициент усиления на нулевой частоте,

а To={R Rj)C - наибольшая постоянная времени в петле ОС,

обеспечивающая спад АЧХ 20 дб/декаду и гарантирующая устойчивость усилителя.

вых(Р) = -вх(Р) (Г ,г \ ----с-

= -uip)

Сд+Сос [3.4.5]

\ + рТ

Второй множитель описывает интегрирование на С, несколько увеличенное членом Q + Из-за этого f/ немного зависит от

dUebtx dCd 1 [3.4.6]

где - ocL - резервное усиление, определяющее

рбз. и

нечувствительность к изменению .

Третий член описывает интегрирование с постоянной времени

-ос-[3.4.7]

ос АСд(. Apgj Сд

Таким образом, резервное усиление при данной крутизне можно увеличивать без снижения быстродействия за счет больших значений что легко достичь, используя схему, типа

приведенной на рис. 3.16

Величина г зависит от рабочих условий системы детектор -предусилитель и не является постоянной, поэтому последующее