第二节　信号放大

一、电子放大器

如上所述，各种探测器的输出信号都很弱，需要在读出系统对信号进行放大。如果信号太小，则需要增加前置放大器，然后再由主放大器对信号进行放大和成形。

前置放大器可用电荷灵敏型放大器，放大器的输入端直接与光电倍增管的阳极输出相连接，通过积分电容将电流脉冲转换成电压输出。电荷灵敏前置放大器一般采用密勒积分器结构，其积分电容主要由探测器结电容、放大器输入电容和放大器反馈电容组成，积分电容的容值主要由反馈电容的容值决定，容值大小为积分电容容值与放大器增益的乘积。前置放大器反馈积分电容的使用，能够保证在不降低系统信噪比的同时，使放大器输出增益相较于电压放大器更加稳定。另外，由于信号的频率从数万到百万赫兹，因此，放大器的带宽必须满足该需求。

核闪烁事件信号输出的脉冲形状非常重要，信号成型一般在主放大器中完成，分别通过高通、低通滤波器来改善脉冲形状，简称整形。首先采用高通滤波器滤除信号的低频噪声，减小脉冲的衰减时间。然后在输出前使用低通滤波器降低高频噪声，并加大脉冲上升时间。两次滤波的效果是输出一个高信噪比的类高斯分布的单极性脉冲。

二、放大器性能参数

放大器最重要的性能参数包括：增益、带宽、线性度、动态范围、电压转换速率、上升时间、稳定性和噪声。

增益又称放大倍数，其可以用来衡量放大电路放大信号的能力。

带宽是指放大电路能够放大的信号的频率范围。当放大电路的信号频率低于或高于这个频率范围时，放大电路的放大倍数都会降低，只有在这个频率范围内时才表现为一个固定的放大常数，这个频率范围称为带宽。带宽越宽表明放大电路对不同频率的信号适应能力越强。

线性度反应放大信号失真程度。线性度越好的电路越能够确保信号得到真实的放大，最大程度地减少失真和变形。

动态范围一般用分贝（dB）表示，是一个电路、元件或系统可以处理的最大信号电平与可以处理的最小信号电平的比值。超过动态范围的信号在经过放大电路后将会造成波形失真。在线性条件下，输入功率每增加1dB，输出功率也将增加1dB。

电压转换速率反映放大器跟随能力的大小，也是描述放大器“亏损失真”的指标。转换速率是放大器在阶跃大信号输入时，输出上升电压的时间变化率，也就是输出电压对时间的导数：dv/dt，是衡量放大器在速度方面的一大指标。对于PET而言，需要放大器上升时间仅为几纳秒，要求电压转换速率满足即使在最大信号时也不会发生波形失真。

上升时间通常定义为输出脉冲从峰值的10%到90%的时间，它反映的是放大器的速度或频率响应特性。

稳定性显然是放大器的一个重要参数，对于一个给定的输入信号，放大器的输出不发生显著的变化，这是最基本的要求。因为，对于一个给定的输入信号，位置、能量和时间信息的提取，都依赖于输出信号的偏移、振幅和形状都保持不变。影响稳定性的因素有很多，主要有温度、电源电压以及长期漂移。

放大器的噪声有两种类型：一种是外部噪声，来源于放大器外部；另一种是内部噪声，来源于放大器内部器件本身，处理放大器的噪声对于提升电子产品的性能至关重要。