可程控核能谱信号放大器原理分析

　　引言

　　核能谱放大器是能谱测量系统的重要组成部分，其性能直接影响整个能谱测量系统的分辨率。本文对传统的核能谱信号放大器的不足之处进行了改进。设计研制一种通用的、放大倍数可程控的核能谱信号放大器，使其能同时适用于X荧光仪，伽玛谱仪等核能谱测量仪器，具有通用性。该放大器如进一步融合信号采集(A/D转换)技术和数字信号处理(DSP)技术可构成一个功能完备的核能谱信号处理系统。

　　1 电路基本组成

　　该电路主要包括滤波成形，程控放大，基线消除等三部分。其中滤波成形电路包括极零相消，四级巴特沃斯滤波电路，极性选择电路;程控放大电路包括一级20倍放大和12位DAC程控放大电路;基线消除电路包括去除直流电路，反相电路及电压跟随电路，结构框图如图1所示。

　　

 

　　2 单元电路原理分析

　　2.1 极零相消

　　信号输入端接入极零相消电路可以消除对探头信号进行微分时所引起的下击，使脉冲单调地回到基线，它改善了计数率过载和脉冲幅度叠加的效应，适用于高分辨率和高计数率的谱仪系统。图2为设计电路及实验测试信号图。

　　

 

　　2.2 滤波成形

　　电路采用两个二阶巴特沃斯滤波电路级联成四阶巴特沃斯滤波电路。用运算放大器设计的二阶低通Butterworth滤波电路，直接采用频域分析方法得到：

　　

 

　　式中：k相当于同相放大器的电压放大倍数，叫做滤波器的通带增益;Q为品质因数;ω0为特征角频率。图3为滤波成形部分电路设计原理图，图4为实验测试结果。