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電荷放大器的原理

作者: 時(shí)間:2017-01-12 來(lái)源:網(wǎng)絡(luò) 收藏
在很多壓電測(cè)試場(chǎng)合,需要把電荷量的信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓或電流的信號(hào),此時(shí),就需要用到一種特殊的放大——電荷放大器。

電荷放大器的原理:利用放大器輸入虛地的概念,把電荷信號(hào)直接積分到電路中的積分電容,從而放大器的輸出,便是所有電荷量的總和的輸出。在電荷轉(zhuǎn)換完成的同時(shí),輸入端的電荷將會(huì)被耗盡。

本文引用地址:http://m.ptau.cn/article/201701/337834.htm

現(xiàn)實(shí)中電荷放大器的不理想性,因?yàn)槿魏坞娮臃糯笃鞅旧矶即嬖谄秒妷浩秒娏?,且積分電容本身存在漏電阻,從而導(dǎo)致了在電荷轉(zhuǎn)換出現(xiàn)誤差,并且在電荷轉(zhuǎn)換完成后,積分電容也會(huì)因?yàn)橐陨弦蛩囟S著時(shí)間的偏移而上下浮動(dòng)。目前,國(guó)內(nèi)在解決這一問(wèn)題的領(lǐng)域,幾乎空白,以致國(guó)外解決這一問(wèn)題高端的放大器售價(jià)數(shù)萬(wàn)元之巨。

電荷放大器分類(lèi):

  1. 直流電荷放大器:使用于測(cè)量一個(gè)一個(gè)緩慢變化的電荷量。但其最大的缺點(diǎn)是非理想放大器漏電流偏置電流等會(huì)同時(shí)造成測(cè)量的結(jié)果緩慢的持續(xù)的注入,隨著時(shí)間的推移,誤差越大,直到放大器完全的飽合。理想的放大器可以解決此問(wèn)題,但價(jià)格動(dòng)輒數(shù)萬(wàn)元。

折中的辦法是:在普通的直流電荷放大器中,加入積分放電電路,在每次測(cè)量前,對(duì)電容進(jìn)行放電至0輸出。

  1. 交流電荷放大器:常用于測(cè)量來(lái)回變化的電荷量。也是目前使用最廣,用量最多的類(lèi)型。其原理就是在直流電荷放大器的積分電容的兩端加一個(gè)幾百兆甚至上G的放電電阻。放大器漏電流偏置電流等與這個(gè)放大電阻比起來(lái),已是影響很小,所以接近于理想值。但也可以從它的結(jié)構(gòu)原理看出,它不適合于測(cè)試過(guò)于低頻的信號(hào),因?yàn)殡姾深l率低時(shí),電荷積分《電阻對(duì)積分的放電。 所以一般用于測(cè)量大于50Hz的頻率。如果要測(cè)試更低的頻率,可增加放電電阻的值,并選擇更大電荷量的電荷傳感器。

輸入與輸出電壓的關(guān)系:

以深圳市微精藝有限公司的精密交流電荷放大器為例,ICA101,ICA102,ICA103,ICA104, 代表其內(nèi)部的積分電容分別為100PF, 1000PF, 10000PF, 100000PF.

ICA101: 輸入100pC的電荷量,輸出峰值為1V, +-6V供電時(shí)最大輸入為500pC

ICA102: 輸入1000pC的電荷量,輸出峰值為1V, +-6V供電時(shí)最大輸入為5000pC

ICA103: 輸入10000pC的電荷量,輸出峰值為1V, +-6V供電時(shí)最大輸入為50000pC

ICA104: 輸入100000pC的電荷量,輸出峰值為1V, +-6V供電時(shí)最大輸入為500000pC

如圖所示:

圖中是 微精藝 公司的放大器,性能和國(guó)外的產(chǎn)品是同一指數(shù)級(jí),但價(jià)格只有三分之一

交流電荷放大器應(yīng)用要點(diǎn):

  1. 壓電陶瓷,加速度傳感器等,需要是電荷型;(目前市場(chǎng)上有電流輸出型,電流輸出型精度不高)
  2. 正弦等有規(guī)律的測(cè)試,測(cè)量點(diǎn)的有效值為峰峰值;
  3. 如果為單脈沖測(cè)試,有效直為最高的峰值;直到回落到0V時(shí),才能進(jìn)行下一次脈沖測(cè)試。因?yàn)榻涣鞣糯笃鲀?nèi)部有積分放電電阻,輸出將從峰值上緩慢回落,如果還未回到原點(diǎn)就開(kāi)始新的測(cè)試,將會(huì)不準(zhǔn)確。


關(guān)鍵詞: 電荷放大器壓電測(cè)

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