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電荷放大器,電荷放大器是如何放大電荷的

來(lái)源:整理 時(shí)間:2023-08-27 15:38:23 編輯:智能門(mén)戶(hù) 手機(jī)版

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1,電荷放大器是如何放大電荷的

光放大用光來(lái)增加投影的長(zhǎng)度增加電荷測(cè)量的準(zhǔn)確性

電荷放大器是如何放大電荷的

2,電荷放大器有什么特點(diǎn)

要把電荷量變成與之相應(yīng)的輸出電壓,要求輸入阻抗極高,輸出對(duì)輸入具有良好的積分關(guān)系

電荷放大器有什么特點(diǎn)

3,電荷放大器

這種電路形式也是可以的;電容值及電阻值是可以通過(guò)并聯(lián)串聯(lián)來(lái)得到合適的值的;運(yùn)放需要選擇 uV級(jí)的低失調(diào)電壓和低失調(diào)電流運(yùn)放
1、在使用壓電晶體傳感器的測(cè)試系統(tǒng)中,電荷放大器能夠?qū)鞲衅鬏敵龅奈⑷蹼姾尚盘?hào)轉(zhuǎn)化為放大的電壓信號(hào),同時(shí)又能夠?qū)鞲衅鞯母咦杩馆敵鲛D(zhuǎn)換成低阻抗輸出。 電壓放大器能將壓電傳感器的高輸出阻抗變?yōu)檩^低阻抗,并將壓電式傳感器的微弱電壓信號(hào)放大。 2、電壓放大器為了與傳感器匹配需要高輸入阻抗,因此,抗干擾能力不足;電荷放大器的輸出電壓與輸入電荷量成正比,因而,信噪比高。 3、電壓放大器帶寬、靈敏度受傳感器線(xiàn)路電容量限制;電荷放大器只與電量有關(guān),所以,頻帶寬,靈敏度也高。 4、在實(shí)際應(yīng)用中,電壓放大器和電荷放大器都應(yīng)加過(guò)載放大保護(hù)電路,否則,在傳感器過(guò)載時(shí),會(huì)產(chǎn)生過(guò)高的輸出電壓。

電荷放大器

4,使用電荷放大器的限制因素

電荷放大器工作原理多數(shù)傳感器的感應(yīng)部分能將機(jī)械量轉(zhuǎn)變成微弱的電荷量Q,而且輸出阻抗Ra極高。而通過(guò)適配電荷放大器就將此微弱電荷變換成與其成正比的電壓,并將高輸出阻抗變?yōu)榈洼敵鲎杩?。Ca 配接傳感器自身電容一般為數(shù)千pF,1/2 RaCa決定傳感器低頻下限?! c 傳感器輸出低噪聲電纜電容。一般采用的導(dǎo)線(xiàn)值為100-300pF/米?! i 運(yùn)算放大器A1輸入電容典型值3pF ?! ?.電荷變換級(jí)A1,采用高輸入阻抗、低噪聲、低漂移寬帶精密運(yùn)算放大器。反饋電容Cf1有101pF、102pF、103pF、104pF四檔。根據(jù)米勒定理,反饋電容折合到輸入端的有效電容量是C =(1+K)Cf1。其中K為A1開(kāi)環(huán)增益典型值為120dB,即106倍。Cf1取100pF最小時(shí)C約為108pF。假設(shè)傳感器輸入低噪聲電纜長(zhǎng)度為1000米,則Cc為95000pF。假設(shè)傳感器Ca為5000pF,則CaCcCiC并聯(lián)后CaCcCi總電容約為105pF,三者總電容與C相比105pF/108pF = 1/1000。換句話(huà)說(shuō)5000pF自身電容的傳感器輸出電纜1000米,折合到反饋電容也只影響Cf1 0.1%的精度,而電荷變換級(jí)的輸出電壓為傳感器輸出電荷Q / 反饋電容Cf1,因此也只影響輸出電壓0.1%的精度?! ‰姾勺儞Q級(jí)的輸出電壓為Q / Cf1,所以當(dāng)反饋電容分別為101pF、102pF103pF、104pF時(shí),其輸出分別為10mV/pC、1mV/pC。0.1mV/pC。0.01mV/pC。

5,壓電式傳感器中采用電荷放大器有何優(yōu)點(diǎn)為什么電壓靈敏度與電纜長(zhǎng)

壓電式傳感器中采用電荷放大器,可以避免信號(hào)傳輸中電纜的電容和電感對(duì)傳感器輸出,包括壓電靈敏度的影響?! 弘娛絺鞲衅?,是基于壓電效應(yīng)的傳感器。是一種自發(fā)電式和機(jī)電轉(zhuǎn)換式傳感器。它的敏感元件由壓電材料制成。壓電材料受力后表面產(chǎn)生電荷。此電荷經(jīng)放大和變換阻抗后就成為正比于所受外力的電量輸出。壓電式傳感器用于測(cè)量力和能變換為力的非電物理量?! ‰姾闪浚汉?jiǎn)稱(chēng)電量,由庫(kù)倫定律的公式定義,定義q1、q2為電荷的電荷量,即電荷量定義來(lái)源于庫(kù)倫定律公式。  電荷定義為帶電的微粒,定義電荷量為電荷量的多少或電荷數(shù)量的多少是錯(cuò)誤的,應(yīng)該是帶“電”的多少,這里的“電”是指能激發(fā)電場(chǎng)的東西或質(zhì)子(電子)的電屬性的度量?! ‰姾煞糯笃魇且环N可以將微弱電荷變換成與其成正比的電壓,并將高輸出阻抗變?yōu)榈洼敵鲎杩沟姆糯笃?。電荷放大器本質(zhì)上是一種輸入阻抗非常高的放大器,能感受極微弱的電荷量輸入;一些以電荷量為輸出的傳感器,如壓電式傳感器,由于產(chǎn)生的電量極為微弱,只有在極高的阻抗(絕緣)下才能形成。因此輸出阻抗非常高。必須經(jīng)電荷放大器的配合,才能將產(chǎn)生的電量轉(zhuǎn)化為“可用”的電量。同時(shí)由于放大器的低輸出阻抗,信號(hào)傳輸可以在一定距離內(nèi)基本不受傳輸距離(電纜長(zhǎng)度)的影響?! ‰娎|的導(dǎo)線(xiàn),可以在線(xiàn)間及周邊形成電容和電感,以及漏電流。壓電式傳感器,由于產(chǎn)生的電量極為微弱,如果用電纜導(dǎo)出,電纜的電容和電感會(huì)嚴(yán)重影響輸出量的變化(例如,電荷必須先將電容充滿(mǎn),才能表現(xiàn)為電勢(shì))。因此壓電式傳感器,必須在最近的位置上與電荷放大器的配合,才能及時(shí)、無(wú)損的將產(chǎn)生的電量轉(zhuǎn)化為“可用”的電量?! 弘娛絺鞲衅髦袑弘娫c電荷放大器整合在一起,可以避免信號(hào)傳輸中電纜的電容和電感對(duì)傳感器輸出,包括壓電靈敏度的影響。
壓電式傳感器與電壓放大器之間必須采用很短的導(dǎo)線(xiàn),且電壓放大器必須是高輸入阻抗的,通常大于10M。這種模式稱(chēng)為傳感器的電壓輸出模式。壓電式傳感器與電荷放大器之間允許較長(zhǎng)的導(dǎo)線(xiàn)。這種模式稱(chēng)為傳感器的電荷輸出模式。當(dāng)壓電式傳感器與電荷放大器做成一體時(shí),稱(chēng)為IEPE傳感器,這種方式允許最長(zhǎng)的導(dǎo)線(xiàn)連接到后面的設(shè)備。

6,電荷放大器工作原理

電荷放大器由電荷變換級(jí)、適調(diào)級(jí)、低通濾波器、高通濾波器、末級(jí)功放、電源幾部分組成。1.電荷放大器可配接壓電加速度傳感器。其特點(diǎn)是將機(jī)械量轉(zhuǎn)變成與其成正比的微弱電荷Q,而且輸出阻抗Ra極高。電荷變換級(jí)是將電荷變換為與其成正比的電壓,將高輸出阻抗變?yōu)榈洼敵鲎杩埂?Ca 配接傳感器自身電容一般為數(shù)千pF,1/2 RaCa決定傳感器低頻下限。Cc 傳感器輸出低噪聲電纜電容。一般采用的導(dǎo)線(xiàn)值為100-300pF/米。 Ci 運(yùn)算放大器A1輸入電容典型值3pF 。2.電荷變換級(jí)A1,采用高輸入阻抗、低噪聲、低漂移寬帶精密運(yùn)算放大器。反饋電容Cf1有101pF、102pF、103pF、104pF四檔。根據(jù)米勒定理,反饋電容折合到輸入端的有效電容量是C =(1+K)Cf1。其中K為A1開(kāi)環(huán)增益典型值為120dB,即106倍。Cf1取100pF最小時(shí)C約為108pF。假設(shè)傳感器輸入低噪聲電纜長(zhǎng)度為1000米,則Cc為95000pF。假設(shè)傳感器Ca為5000pF,則CaCcCiC并聯(lián)后CaCcCi總電容約為105pF,三者總電容與C相比105pF/108pF = 1/1000。換句話(huà)說(shuō)5000pF自身電容的傳感器輸出電纜1000米,折合到反饋電容也只影響Cf1 0.1%的精度,而電荷變換級(jí)的輸出電壓為傳感器輸出電荷Q / 反饋電容Cf1,因此也只影響輸出電壓0.1%的精度。 電荷變換級(jí)的輸出電壓為Q / Cf1,所以當(dāng)反饋電容分別為101pF、102pF103pF、104pF時(shí),其輸出分別為10mV/pC、1mV/pC。0.1mV/pC。0.01mV/pC。3.低通濾波器 以A3為核心組成二階巴特沃斯有源濾波器,元件少,調(diào)節(jié)方便,通帶平坦,可有效地消除高頻干擾信號(hào)對(duì)有用信號(hào)的影響。4.高通濾波器 二階無(wú)源高通濾波器可有效地抑制低頻干擾信號(hào)對(duì)有用信號(hào)的影響。5.末級(jí)功放 以A4為核心組成增益,輸出短路保護(hù)精度高。6.程控和面板控制參數(shù) 為了實(shí)現(xiàn)對(duì)靈敏杜、濾波常數(shù)的調(diào)整,我們?cè)O(shè)計(jì)了利用USB接口的計(jì)算機(jī)程控系統(tǒng),可以通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)相應(yīng)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整,同時(shí)面板也可以進(jìn)行顯示和調(diào)整。7.過(guò)荷級(jí) 以A9為核心當(dāng)輸出電壓大于10Vp時(shí),前面板紅色發(fā)光二級(jí)管LED閃亮。此時(shí)信號(hào)發(fā)生削頂失,真應(yīng)降低增益或查找故障。8.電源 儀器的工作電壓為15V。它由AC220V 50Hz經(jīng)變壓器降壓整流濾波,再經(jīng)可調(diào)集成穩(wěn)壓電源穩(wěn)壓后得到。
其實(shí)電荷放大器也是運(yùn)算放大器,不同的是電荷放大器與普通運(yùn)算放大器還有是差異的:輸入端用了li-coms工藝,使輸入的偏流極小!基本都是fa級(jí)別。輸入級(jí)相對(duì)比較弱,因?yàn)殡姾煞糯笃鬏斎胱杩箚?wèn)題,內(nèi)部都沒(méi)有esd等保護(hù)電路。放大器的帶寬都很窄,因?yàn)榈吐╇妋os管的低壓低漏電特性,但mos管的動(dòng)態(tài)性能與跨導(dǎo)都不高。上面的電路其實(shí)用低偏流運(yùn)算放大器也能達(dá)到要求, 壓電片是靜電特性元件,輸出頻呼特性也是非常的好,但是輸出阻抗與頻率有一定關(guān)系。但壓電片還是有一定的輸出阻抗,只是非常的高,運(yùn)算放大器的輸入阻抗直接影響壓電片的靈敏度(阻抗匹配)。這個(gè)電路設(shè)計(jì)成窄帶放大器,三個(gè)電容與壓電片并聯(lián),用于限制壓電片頻響(運(yùn)放頻響不高),調(diào)節(jié)rf的大小改變電路增益,電容cf為相位補(bǔ)償, 電路的頻響直接由壓電片決定。
電荷放大器工作原理多數(shù)傳感器的感應(yīng)部分能將機(jī)械量轉(zhuǎn)變成微弱的電荷量Q,而且輸出阻抗Ra極高。而通過(guò)適配電荷放大器就將此微弱電荷變換成與其成正比的電壓,并將高輸出阻抗變?yōu)榈洼敵鲎杩?。Ca 配接傳感器自身電容一般為數(shù)千pF,1/2 RaCa決定傳感器低頻下限。  Cc 傳感器輸出低噪聲電纜電容。一般采用的導(dǎo)線(xiàn)值為100-300pF/米?! i 運(yùn)算放大器A1輸入電容典型值3pF ?! ?.電荷變換級(jí)A1,采用高輸入阻抗、低噪聲、低漂移寬帶精密運(yùn)算放大器。反饋電容Cf1有101pF、102pF、103pF、104pF四檔。根據(jù)米勒定理,反饋電容折合到輸入端的有效電容量是C =(1+K)Cf1。其中K為A1開(kāi)環(huán)增益典型值為120dB,即106倍。Cf1取100pF最小時(shí)C約為108pF。假設(shè)傳感器輸入低噪聲電纜長(zhǎng)度為1000米,則Cc為95000pF。假設(shè)傳感器Ca為5000pF,則CaCcCiC并聯(lián)后CaCcCi總電容約為105pF,三者總電容與C相比105pF/108pF = 1/1000。換句話(huà)說(shuō)5000pF自身電容的傳感器輸出電纜1000米,折合到反饋電容也只影響Cf1 0.1%的精度,而電荷變換級(jí)的輸出電壓為傳感器輸出電荷Q / 反饋電容Cf1,因此也只影響輸出電壓0.1%的精度?! ‰姾勺儞Q級(jí)的輸出電壓為Q / Cf1,所以當(dāng)反饋電容分別為101pF、102pF103pF、104pF時(shí),其輸出分別為10mV/pC、1mV/pC。0.1mV/pC。0.01mV/pC。
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