基于光電雪崩二極管電荷靈敏前置放大器的研制

摘 要：采用交流耦合-阻容反饋式折疊型的結構，設計了一款基于光電雪崩二極管的電荷靈敏前置放大器，包括緩沖跟隨器、電流型程控衰減器、高速線性放大器、程控極性轉換、程控直流偏移電路、抗混疊RC電路等。經測試，該放大器的零電容噪聲為2599e-，噪聲斜率為24e-/pF。

關鍵詞：雪崩二極管；電荷靈敏前置放大器；信噪比；靈敏度

光電雪崩二極管是一種新型光電轉換器件，具有體積小、內置增益大、量子效率高、光譜響應范圍寬和功耗低等優點，適合應用于伽馬能譜測量等核儀器中。在核儀器中，為減小探測器輸出端到輸入端之間分布電容的影響，須采用前置放大器對信號作初步放大。電荷靈敏放大器具有增益穩定、噪聲低和性能良好等優點，廣泛應用于高分辨能譜測量系統中。

文章針對光電雪崩二極管，設計了與其匹配的低噪聲折疊型電荷靈敏前置放大器，并對PCB板進行了較細致的布局，進一步提高了放大器的信噪比。由測試結果可知，該電荷靈敏前置放大器適合應用于伽馬能譜測量系統。

1 電路設計

文章設計的電荷靈敏前置放大器采用電阻放電-交流耦合，其內部放大結構采用典型的折疊式結構。

1.1 JFET的選擇

在選用電荷靈敏前置放大器的第一級JFET時，不僅須要考慮JFET自身的漏電流Id、共源輸入電容Ciss、低頻跨導Gm和等效噪聲等參數以外，還須要考慮與前端探測器的阻容匹配問題。當探測器自身等效電容與前放第一級JFET的Ciss相等時，可獲得最佳信噪比?！?br>