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電荷放大器，電荷放大器是如何放大電荷的

來源：整理 時間：2023-08-27 15:38:23 編輯：智能門戶 手機(jī)版

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1，電荷放大器是如何放大電荷的

光放大用光來增加投影的長度增加電荷測量的準(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并聯(lián)串聯(lián)來得到合適的值的；運(yùn)放需要選擇 uV級的低失調(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試系統(tǒng)中，電荷放大器能夠?qū)鞲衅鬏敵龅奈⑷蹼姾尚盘栟D(zhuǎn)化為放大的電壓信號，同時又能夠?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)加過載放大保護(hù)電路，否則，在傳感器過載時，會產(chǎn)生過高的輸出電壓。

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開環(huán)增益典型值為120dB，即106倍。Cf1取100pF最小時C約為108pF。假設(shè)傳感器輸入低噪聲電纜長度為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。換句話說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級的輸出電壓為Q / Cf1，所以當(dāng)反饋電容分別為101pF、102pF103pF、104pF時,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

壓電式傳感器中采用電荷放大器，可以避免信號傳輸中電纜的電容和電感對傳感器輸出，包括壓電靈敏度的影響。　　壓電式傳感器，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量力和能變換為力的非電物理量?！　‰姾闪浚汉喎Q電量，由庫倫定律的公式定義，定義q1、q2為電荷的電荷量，即電荷量定義來源于庫倫定律公式?！　‰姾啥x為帶電的微粒，定義電荷量為電荷量的多少或電荷數(shù)量的多少是錯誤的，應(yīng)該是帶“電”的多少，這里的“電”是指能激發(fā)電場的東西或質(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。同時由于放大器的低輸出阻抗，信號傳輸可以在一定距離內(nèi)基本不受傳輸距離（電纜長度）的影響?！　‰娎|的導(dǎo)線，可以在線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嚴(yán)重影響輸出量的變化（例如，電荷必須先將電容充滿，才能表現(xiàn)為電勢）。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、無損的將產(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，可以避免信號傳輸中電纜的電容和電感對傳感器輸出，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，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的導(dǎo)線。這種模式稱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，稱為IEPE傳感器，這種方式允許最長的導(dǎo)線連接到后面的設(shè)備。

6，電荷放大器工作原理

電荷放大器由電荷變換級、適調(diào)級、低通濾波器、高通濾波器、末級功放、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開環(huán)增益典型值為120dB，即106倍。Cf1取100pF最小時C約為108pF。假設(shè)傳感器輸入低噪聲電纜長度為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。換句話說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。 電荷變換級的輸出電壓為Q / Cf1，所以當(dāng)反饋電容分別為101pF、102pF103pF、104pF時,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對有用信號的影響。4.高通濾波器 二階無源高通濾波器可有效地抑制低頻干擾信號對有用信號的影響。5.末級功放 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)對靈敏杜、濾波常數(shù)的調(diào)整，我們設(shè)計(jì)了利用USB接口的計(jì)算機(jī)程控系統(tǒng)，可以通過計(jì)算機(jī)對相應(yīng)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，同時面板也可以進(jìn)行顯示和調(diào)整。7.過荷級 以A9為核心當(dāng)輸出電壓大于10Vp時,前面板紅色發(fā)光二級管LED閃亮。此時信號發(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?。』径际莊a級別。輸入級相對比較弱，因?yàn)殡姾煞糯笃鬏斎胱杩箚栴}，內(nèi)部都沒有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）。這個電路設(shè)計(jì)成窄帶放大器，三個電容與壓電片并聯(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開環(huán)增益典型值為120dB，即106倍。Cf1取100pF最小時C約為108pF。假設(shè)傳感器輸入低噪聲電纜長度為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。換句話說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級的輸出電壓為Q / Cf1，所以當(dāng)反饋電容分別為101pF、102pF103pF、104pF時,其輸出分別為10mV/pC、1mV/pC。0.1mV/pC。0.01mV/pC。
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