什么是電荷放大器？電荷放大器的使用及原理

什么是電荷放大器？

電荷放大器是將壓電傳感器等產(chǎn)生的難以測(cè)量的極小電荷信號(hào)轉(zhuǎn)換為成比例的電壓信號(hào)的放大器。

壓電傳感器產(chǎn)生的電荷信號(hào)與施加在其上的壓力成正比，因此精確測(cè)量該值非常有用。電荷放大器可以將壓力傳感器產(chǎn)生的電荷信號(hào)轉(zhuǎn)換成與電荷精確成比例的電壓。

電荷放大器的使用

1.壓電傳感器的放大

使用壓電傳感器進(jìn)行測(cè)量時(shí)使用電荷放大器。電荷放大器用于壓電傳感器空間狹窄的地方或環(huán)境溫度較高的環(huán)境中。這是因?yàn)閴弘妭鞲衅黧w積小，耐熱性高，并且經(jīng)常在上述環(huán)境中進(jìn)行測(cè)量。

電荷放大器也是需要響應(yīng)性的測(cè)量的理想選擇。壓電傳感器測(cè)量微小位移，使得制造高度合成的傳感器成為可能。它用于使用電荷放大器放大測(cè)量的微小位移。

2、其他

廣泛應(yīng)用于測(cè)量電離輻射的設(shè)備，如正比計(jì)數(shù)器、閃爍計(jì)數(shù)器等。這些儀器檢測(cè)電離現(xiàn)象中的輻射并測(cè)量每個(gè)脈沖的能量。

使用電荷放大器，可以將來(lái)自檢測(cè)器的電荷脈沖轉(zhuǎn)換為電壓輸出并單獨(dú)測(cè)量每個(gè)脈沖。

電荷放大器原理

如上所述，壓電傳感器在受到壓力時(shí)會(huì)產(chǎn)生微小的電荷。電荷放大器的作用是將這種微小的電荷轉(zhuǎn)換成可測(cè)量的電壓。

1. 電荷轉(zhuǎn)換

電荷放大器將與壓電傳感器施加的壓力成正比的負(fù)電荷輸出轉(zhuǎn)換成正比電壓。利用現(xiàn)代電荷放大器，還可以直接以數(shù)字形式使用該信號(hào)。

將電荷轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)可提供可輸入到數(shù)據(jù)處理儀器（例如 DAQ、FFT 分析儀或示波器）的信號(hào)。

2. 放大機(jī)制

當(dāng)電荷放大器將微小電荷轉(zhuǎn)換為電壓時(shí)，它使用積分放大器。如果積分放大器的電容容量為Cg，微小電荷為Q，則電壓V可以為V=Q/Cg。

電荷放大器的積分放大器由運(yùn)算放大器和電容器組成的電路組成。該電路對(duì)隨時(shí)間流入電容器的電流進(jìn)行積分并放大電荷。

所有輸入電荷都充入電容器。有一種積分電路與電荷放大器的積分放大器非常相似。這是一個(gè)在輸入端加了一個(gè)電阻的電路，它是一個(gè)電流/電壓轉(zhuǎn)換電路。它具有隨時(shí)間對(duì)電壓進(jìn)行積分并放大的特性。

3. 噪音消除/保護(hù)功能

有些電荷放大器在輸出點(diǎn)配備高通濾波器和低通濾波器以消除噪聲。此外，可以將電阻器連接到電荷放大器的放大器電路的輸入端。該電阻的目的不是用于電流/電壓轉(zhuǎn)換，而是用于防止輸入信號(hào)過(guò)大。

如何選擇電荷放大器

事實(shí)上，為了進(jìn)行準(zhǔn)確的測(cè)量，選擇適合被測(cè)物體的電荷放大器極其重要。以下是選擇電荷放大器時(shí)需要考慮的重要事項(xiàng)。

1. 測(cè)量通道數(shù)

如果有多個(gè)測(cè)量點(diǎn)，除非有多個(gè)測(cè)量通道，否則無(wú)法進(jìn)行測(cè)量。如果沒(méi)有足夠的測(cè)量通道，當(dāng)然可以通過(guò)購(gòu)買(mǎi)額外的電荷放大器來(lái)測(cè)量，但成本和調(diào)整工作會(huì)很復(fù)雜，所以好處不大。

2. 可輸入的電荷信號(hào)大小

另一個(gè)重要的一點(diǎn)是它是否與壓電傳感器的電荷信號(hào)的大小相對(duì)應(yīng)。當(dāng)然，如果測(cè)量范圍不匹配，則無(wú)法進(jìn)行測(cè)量，但有必要安裝具有考慮到未來(lái)測(cè)量計(jì)劃的測(cè)量范圍的電荷放大器。