Зарядочувствительный усилитель Советский патент 1993 года по МПК H03F3/70 

Изобретение относится к электроизмерительной технике, а именно к зарядочувст- вительным усилителям, и может быть использовано в качестве предусилителя импульсных сигналов детекторов ядерных излучений.

Целью изобретения является расширение динамического диапазона по входному заряду при сохранении надежности.

На чертеже представлена схема предлагаемого устройства.

Зарядочувствительный усилитель выполнен на основе операционного усилителя 1, выход которого через резистор 2 соединен с инвертирующим входом операционного усилителя 1 и через конденсатор 3 с анодом варикапа 4 и средней точкой 5 двух- звенного резисторного делителя 6, выполненного на резисторах 7 и 8. Резистор 7 подключен к минусовой шине 9 напряжения питания Кпит., а резистор 8 - к общей шине 10 устройства, к которой подключен также неинвертирующий-вход операционного усилителя. Катод варикапа 4 соединен с инвертирующим входом операционного усилителя 1, являющегося входом устройства.

Предлагаемый Зарядочувствительный усилитель работает следующим образом.

При поступлении на вход импульсных сигналов с детектора ядерных излучений на выходе зарядочувствительного усилителя образуются импульсы напряжения с амплитудой

,Qex

UoCi

Сь

где QBX- заряд входного импульса; Се емкость варикапа. Форму импульса напряжения при выполнении условия tBx. « т, где tax. длительность входных импульсов, т Св (Рд). RA - внутреннее сопротивление детектора, R2 - сопротивление резистора 2 обратной связи, описывается выражениями:

- 1

Увых. U0 е т Соответственно, заряд выходного импульса

ел С

00

о о

4 Ю

СО

оо

Овых. L

UBUX

dt U0CB(RA//R2)RH,

° RH

где RH сопротивление нагрузки. Таким образом, коэффициент усиления заряда

RflHR2 QBXRH

постоянен и не зависит от величины емкости обратной связи Св.

Как известно, величина Се зависит от величины приложенного к варикапу напряжения обратного смещения Осн., уменьшаясь при его увеличении. В исходном состоянии устанавливается при помощи ре- зисторного делителя 5

UCMO

Упит R8

R8 + R71

при котором величина Се минимальна. Появление на выходе усилителя импульса напряжения положительной полярности приводит к равному величине выходного напряжения уменьшению UCM. UCMO - Uebix. и к соответствующему увеличению Св. Так как величина 1)Вых. обратно пропорциональна величине Св, то это, следовательно, приводит к тому, что при возрастании входного заряда QBX. скорость увеличения Шых. уменьшается, т.к. к расширению динамического диапазона усилителя по входному заряду. При этом, как показано выше, коэффициент усиления усилителя по заряду Кз остается неизменным и, следовательно, величина заряда на выходе усилителя может служить источником неискаженной информации о ядерном излучении.

Величина коэффициента расширения динамического диапазона

Кдр|/ Овх.макс

-jp-, где Кдр. -х---

Кдr UBX.MHH

- КОЭф.

перекрытия, характеризующий динамический диапазон по заряду предлагаемого устройства, зависит от величины

0

5

0

5

0

5

0

5

коэффициента перекрытия по емкости Кс варикапа. Т.К. Овх.макс. иМакс-Свмакс

где Св.макс - средняя величина Св в диапазоне изменения UCM., равном имакс(пр.и линейном изменении Св от напряжения Се макс

К - Свмин). QBX.MHH UMHH Семин- ТО . Кр

tTК

вмакс с например, при использовании

t-мин i .

варикапа КВ135А, АР, у которого Кс « 20 при UCM - И...10 В, КрсгЮ.

В действительности Свлл-г- . где п измеUn

няется от 1 /3 до 3 в зависимости от распределения примесей в полупроводнике в зоне p-n-перехода, и на рабочем участке, где изменяется Увых., может быть линеаризирована.

Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет значительно расширить динамический диапазон по входному заряду зарядочувствительного усилителя при сохранении других его параметров надежности, отношения сигнал-шум и т.п.).

Формул а изо бретен и я Зарядочувствительный усилитель, содержащий операционный усилитель, выход которого соединен с первой обкладкой конденсатора и первым выводом резистора, второй вывод которого подключен к инвертирующему входу операционного усилителя, соединенному с источником входного заряда, неинвертирующий вход операционного усилителя соединен с общей шиной, о. т л и ч а ю щи и с я тем, что, с целью расширения динамического диапазона по входному заряду при сохранении надежности, введен резисторный делитель отрицательного напряжения питания и варикап, анод которого подключен к второй обкладке конденсатора и средней точке резисторного делителя отрицательного напряжения питания, а катод - к инвертирующему входу операционного усилителя.

Изобретение относится к электроизмерительной технике и представляет собой за- рядочувствительный усилитель с расширенным динамическим диапазоном по входному заряду. Расширение динамического диапазона достигается включением в цепь отрицательной обратной связи варика- па, емкость которого увеличивается при возрастании амплитуды выходного импульса, а это приводит к уменьшению этой амплитуды, хотя величина выходного заряда не изменяется вследствие пропорционального увеличения длительности выходного импульса при увеличении емкости варикапа, 1 ил..