可程控核能谱信号放大器设计

摘要：为了提高能谱测量系统中放大成形部分的灵活性，采用单片机控制DAC与一级放大结合的方法，研制一种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，实现0～100倍程控放大。试验测试结果表明，设计电路完全达到设计指标要求。
关键词：核能谱信号；程控放大；滤波成形；DAC

0 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：传统的核信号处理仪器放大倍数固定、不能灵活地变换信号放大倍数，放大电路都是针对具体的探测器设计，不具有通用性，本设计针对这一问题应用一级固定放大倍数电路结合DAC转换实现单片机可程控放大倍数，使核能谱信号放大器的放大倍数灵活变换，用户可根据需求自行设置处理；本设计采用高速的12位DAC芯片设计方案，使系统具有高集成度、低功耗等特点，提高了核信号处理时脉冲的通过率，实现了准确地对处理后信号进行程控放大，提升了仪器性能。
基于谱仪放大器的改进空间，本文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。