一个实用的放大器电路

　　由NaI(Tl)闪烁探测器、探测取样装置[1](内置前置放大器)输出的信号,首先经过主放大器电路放大后进入峰值保持展宽电路,再进入多道脉冲分析系统开始模数变换、计数,最后经RS232串行口送入计算机,实现能谱的显示、分析、处理。

　　1　放大器电路

　　放大器的作用是将探测器(前置放大器)输出的电压脉冲信号放大,以满足后续分析电路的需要。设计的放大器电路见图1,由三级放大单元(A1、A2、A3)、极性转换电路、射极跟随器组成。

　　放大倍数取决于输入信号幅度的大小和后续分析测量设备所要求的大小。在放大器的输入、输出端分别设置了两级单管射极跟随器(T1、T2,T3、T4)。射极跟随器具有放大倍数稳定(放大倍数约为1)、输入阻抗高、输出阻抗低等特点。它在电路中主要起输入、输出阻抗匹配的作用,其电路原理比较简单,故不作详细描述。

　　第一级放大单元由运算放大器LM318)[2]、电阻、电容、稳压管组成:C5、C6为电源滤波电容;R1-9与C4组成的RC电路用于清除高频干扰;D1、D2两个稳压管用来限制输出脉冲的幅度,以保证下一级放大电路正常工作(不会被过大的脉冲信号破坏)。第一级放大单元的放大倍数最大为16倍,计算如下:

　　在放大器的反馈回路中接了三个微动开关,通过选择不同的反馈电阻,来调整放大倍数。第二级放大单元与第一级放大单元完全相同。对于第三级放大单元,在LM318的反馈回路中接入了由C18、D5、R1-31组成的消振电路,并在输入端设置了选择短路块。输入信号由同相端输入,输出信号极性保持不变;由反相端输入,输出信号极性相反。如果探测器输的信号为负,而后级电路所需信号极性为正,可以通过短路块的选择,接A3的反相输入端,即可将负极性信号变成正极性信号。第三级放大倍数为:

　　信号经线性放大器三级放大后,最大可达500倍,可以保证对微弱信号的有效放大;如果输入信号幅度较高,可以通过放大倍数调节开关来调整放大倍数,使线性放大器有一个合适的放大倍数。

　　2　线性测试

　　“线性”是放大器的一个非常重要的指标,是指输入信号幅度和输出信号幅度之间的线性程度。谱仪中对放大器的线性要求非常高,应保证在允许的信号幅度范围内,对不同的计数率、不同的输入信号幅度,放大倍数均应保持不变。否则,就会给能谱测量带来不允许的畸变[3]。

　　对设计的放大器进行线性测试,脉冲计数率分别为10cps、5000cps、20000cps,输入脉冲信号幅度在100mV至700mV之间变化,记录的实验数据见表1,图2即为该放大器电路线性测试的结果。可以看出,在脉冲计数率在10cps至20000cps之间、输入信号幅度在图2　放大器线性测试结果好。图2中,当输入脉冲幅度超过600mV时,输出脉冲幅度出现了一个平台(约为12V),是由于LM318器件的输出幅度已达饱和所致。该放大器电路已用于燃料元件破损监测系统的实验电路中,其稳定性、线性等指标良好。