[发明专利]一种基于电荷分配网络的宽输入电荷灵敏放大器

权利要求书

1.一种基于电荷分配网络的宽输入电荷灵敏放大器，用于将入射到半导体探测器的空间辐射粒子产生的电荷信号输出为电压信号，其特征在于，所述放大器包括若干个并联的电路，每个电路包括串联的耦合电容和放大处理模块；

所述耦合电容，用于为连接的放大处理模块分配电荷信号；

所述放大处理模块，用于将电荷响应的灵敏度调节在指定的动态范围内，输出不同增益的电压信号；

所述放大处理模块的输入端设置一个耦合电容；

所述耦合电容，包括第一耦合电容C10、第二耦合电容C20、…、第N耦合电容Cn0，其输入端并联，接至半导体探测器，形成电荷分配网络；

电荷分配网络由耦合电容参数实现，各电路的放大处理模块分配电荷由耦合电容参数决定，其电荷分配公式如下所示：

Q＝Q₁+...+Q_i+...+Q_n    (1)

Q₁：...：Q_i：...：Q_n＝C10：...：Ci0：...：Cn0    (2)

Q为半导体探测器输出的总电荷；Q_i为第i个电路的耦合电容Ci0分配的电荷；

所述的第i个电路的耦合电容Ci0分配的电荷Q_i为：

其中，Q为半导体探测器输出的总电荷；c_i为第i个电路的耦合电容的电容值，1≤i≤N，1≤j≤N，N为耦合电容的总数。

2.根据权利要求1所述的基于电荷分配网络的宽输入电荷灵敏放大器，其特征在于，所述电路还包括场效应晶体管MOSFET，用于提高耦合电容分配电荷的精度；所述场效应晶体管MOSFET的栅极与耦合电容相连，所述场效应晶体管MOSFET的源极与地相连，所述场效应晶体管MOSFET的漏极通过上拉电阻连接电源。

3.根据权利要求2所述的基于电荷分配网络的宽输入电荷灵敏放大器，其特征在于，所述放大处理模块包括一个运算放大器和一个阻容反馈电路；

所述运算放大器的同相输入端与场效应晶体管MOSFET的漏极相连，运算放大器的反相输入端接偏置电源，运算放大器的输出端输出不同增益的电压信号；

所述阻容反馈电路一端连接到场效应晶体管MOSFET的栅极，另一端相连到运算放大器的输出端，用于调节运算放大器的输出增益。

4.根据权利要求3所述的基于电荷分配网络的宽输入电荷灵敏放大器，其特征在于，所述阻容反馈电路包括并联的反馈电阻和反馈电容，用于根据反馈电阻的电阻值和反馈电容的电容值确定运算放大器的输出增益。

5.根据权利要求4所述的基于电荷分配网络的宽输入电荷灵敏放大器，其特征在于，第i个所述电路的放大处理模块t时刻输出电压信号Vi(t)为：

Vi(t)＝Vioe^-t/τi    (5)

τi＝ri1ci1    (6)

Vio＝Q_i/ci1    (7)

其中，Vio为第i个电路的放大处理模块的输出电压，τi为第i个电路的电荷灵敏放大器时间常数；ri1为第i个电路的反馈电阻的电阻值，ci1为第i个电路的反馈电容的电容值；

该电压信号Vi(t)的增益Si为：

Si＝Vio/Q    (8)。