電荷放大器

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。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，1/2RaCa決定傳感器低頻下限。

下圖為電荷放大器原理圖。

壓電晶體受到壓力作用產(chǎn)生電荷Q；Ca 是傳感器級間電容，Qa 是此時(shí)充到Ca 中的電荷；Cc 是傳感器傳輸電纜的電容，Qc是此時(shí)充到Cc 中的電荷，Gc 是輸入電纜漏電導(dǎo)；Ci是電荷放大器的輸入電容，Qi 是此時(shí)充到Ci 中的電荷，Gi 是放大器的輸入電導(dǎo)；Ud 是此時(shí)在運(yùn)算放大器反相輸入端上產(chǎn)生的差動電壓；Cf 是電荷放大器的反饋電容，作用到Cf 兩端的電壓是Ud 和輸出電壓U0 的差值，Qf 是此時(shí)充入Cf 的電荷，Gf 是放大器的反饋電導(dǎo)；運(yùn)算放大器的開環(huán)系數(shù)為A，由于電壓是反向輸入，所以：

U0=-A×Ud

因此作用在Cf 兩端的電壓為：

Ucf=Ud-（-A×Ud）=Ud×（1+A）

假設(shè)反饋電阻Rf的阻值為無限大：

Q=Qa+Qc+Qi+Qf=Ud×（Ca+Cc+Ci+（1+A）Cf）

所以

在精度的范圍內(nèi)可以忽略部分?jǐn)?shù)量級小的部分，可以認(rèn)為：

根據(jù)傳感器的電荷靈敏度、量程和反饋的電容計(jì)算出輸出的最大電壓。

電壓放大器

電壓放大器（Voltage Amplifier）是提高信號電壓的裝置。對弱信號，常用多級放大，級聯(lián)方式分直接耦合、阻容耦合和變壓器耦合，要求放大倍數(shù)高、頻率響應(yīng)平坦、失真小。當(dāng)負(fù)載為諧振電路或耦合回路時(shí)，要求在指定頻率范圍內(nèi)有較好幅頻和相頻特性以及較高的選擇性。

電荷放大器和電壓放大器各有何特點(diǎn)

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(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(shí)，會產(chǎn)生過高的輸出電壓。