众文网1.电荷放大器
其实电荷放大器也是运算放大器，不同的是电荷放大器与普通运算放大器还有是差异的：
输入端用了Li-COMS工艺，使输入的偏流极小！基本都是fA级别。
输入级相对比较弱，因为电荷放大器输入阻抗问题，内部都没有ESD等保护电路。
放大器的带宽都很窄，因为低漏电MOS管的低压低漏电特性，但MOS管的动态性能与跨导都不高。
上面的电路其实用低偏流运算放大器也能达到要求， 压电片是静电特性元件，输出频呼特性也是非常的好，但是输出阻抗与频率有一定关系。但压电片还是有一定的输出阻抗，只是非常的高，运算放大器的输入阻抗直接影响压电片的灵敏度（阻抗匹配）。
这个电路设计成窄带放大器，三个电容与压电片并联，用于限制压电片频响（运放频响不高），调节Rf的大小改变电路增益，电容Cf为相位补偿， 电路的频响直接由压电片决定。
2.电荷放大器是怎样工作的
压电加速度传感器在振动与冲击测试中应用最为广泛，但由于压电传感器的压敏元件具有很高阻抗，需要一个前置放大器将传感器的高阻抗输出信号转换为低阻抗信号。外置的前置放大器可分为电压放大器与电荷放大器两种，电压放大器虽然结构简单，线性度和稳定性好，但它的灵敏度受电缆分布电容的影响，当连接电缆长度发生变化时，电压灵敏度也会随之发生变化。电荷放大器的灵敏度虽然受电缆分布电容的影响很小，但电缆受到振动和弯曲时，电缆芯线和绝缘体之间、绝缘体和金属屏蔽层之间由于相对移动摩擦产生静电荷，会造成电缆噪声。这些都给测试工作带来了麻烦。
ICP(Integrated Circuits Piezoelectric)传感器就是指内置集成电路的压电传感器。与外置前置放大器的压电传感器相比，它可以克服以上缺点。典型的ICP系统通常采用恒流源供电，供电电缆同时做为信号输出线，输出低阻抗信号。整个系统包括ICP传感器，普通的双芯电缆和一个不间断电源，所有的ICP系统都需要一个不间断电源为ICP传感器提供恒定的电流。
ICP传感器的高频响应通常受三个因素的限制：传感器的固有频率、内置放大器的类型以及传输电缆。ICP传感器的低频响主要考虑两个因素：一是传感器的放电时间常数；另外一个因素则是信号适调器的耦合电容。如果信号输出采用直流耦合方式，则低频响应只决定于传感器的放电时间常数，但直流耦合会带来零漂问题，因此大多数信号适调器都采用交流耦合。
2011年
3.电荷放大器
一种新型电荷放大器的设计与研究 ① 樊春玲 李志全 唐旭晖 （燕山大学电器工程学院， 秦皇岛 066004） 摘要 介绍了一种新颖电荷放大器的设计结构及其工作原理， 阐述了实验样机的工作 模式， 给出了实验样机的实验结果。
关键词 程控增益 程控抗混滤波 程控显示 1 引 言 机械振动测试是一个内涵比较丰富的研究领域， 利用压电传感器检测振动加速度是这 一领域中的一个重要研究课题， 压电传感器作为一次仪表测试振动加速度， 电荷放大器是必 不可少的二次仪表。 传统的电荷放大器通常运用手动切换进行增益的调节， 因此存在着难以 克服的缺点。
如干扰大， 容易发生误动作甚至故障， 这是传统放大器一直没能很好解决的问 题。 随着计算机技术的发展和超大规模数字电路的出现， 开始致力于程控放大器的研究与设 计。
程控放大器可由软件控制， 自动改变增益， 自动适应所输入的模拟信号电平。 正是由于这 一独特优点， 程控放大器被越来越多地应用在自动控制、智能测试等领域[1。
] 振动信号是一种频率成分丰富， 实时性很强的信号。 在压电测量系统中， 采用程控电荷 放大器针对性较强。
近年来， 有关程控仪表的报道较多[1~5 ， 但程控电荷放大器研究尚有其 ] 固有特点和困难， 报道的文献较少[1。 这主要是因为， 压电传感器的互换性和抗环境干扰的 ] 能力较差， 对程控电荷放大器的硬件和软件要求比较苛刻。
我们在文献[1~ 5]的基础上提出 了程控电荷放大器的完整设计与研究， 较满意地解决了上述问题。 2 工作原理及系统设计 应用于振动信号测量的高精度程控电荷放大器的系统组成如图 1。
从硬件上看， 主要分 成两部分： 模拟检测部分和数字逻辑识别、判断、控制部分。 2。
1 电荷变换 电荷变换器是模拟检测部分的核心。 其输出电压U 的变化范围为 1~ 10 V。
为适应与 sc 不同灵敏度压电传感器配接而使其输出电压归一化， 应用程控放大， 为了准确、适时滤掉高 ① 来稿日期： 2000201224 2 传 感 技 术 学 报 2000 年 98 频干扰， 采用程控滤波。 图 1 系统结构原理框图 振动信号的拾取采用压电加速度传感器， 与之配接前置放大器。
前置放大器采用输出电压与 输入电荷成正比的电荷放大器。 其主要环节是一个具有深度负反馈的高增益电荷放大电路。
它与压电传感器连接的等效电路图如图 2 所示。 图 2 电荷放大器与压电传感器相连接的等效电路图 图中： Cf： 电荷放大器的反馈电容； Ca： 传感电容； Cc： 电缆电容； Ci： 放大器的输入电容； Rf： 并 联在反馈电容两端的漏电阻；A ： 运算放大器的开环增益。
反馈电容Cf 折合到放大器输入端的有效电容C′， 所以 f C′= （1 + A ）Cf f (1) 若忽略放大器输入电阻R 和反馈电容并联的漏电阻Rf， 则放大器输出电压为 i - A Q U sc = = A U (2) Ca + CC + C i + (1 + A )Cf sr 故放大器的输入电压U 为： sr - Q - CaU a U sr = = (3) Ca + Cc + C i + (1 + A )Cf Ca + Cc + C i + (1 + A )Cf 因为A μ 1， 一般取为 104~ 10 以上， 故式（3）中Ca+ Cc+ Ciν （1+ A ）Cf。 此时传感器电容Ca、电缆电容Cc 和放大器输入电容Ci 可忽略不计， 放大器的输出电压可表示为 Q U sc = - (4) Cf 式（4）表明： 电荷变换级的输出电压与传感器产生的电荷量及电荷放大器反馈电容有关， 电 缆电容等其它因素的影响可忽略不计。
2。 2 程控放大器 程控放大器采用变换放大比例的控制规律， 精度取决于比例电阻的精度。
其工作原理图 如图 3 所示。 图 3 中， 模拟开关使用CMOS 系列的CD4052。
CD4052 是一个四通道的多路模 拟开关。 其逻辑功能表如图 1 所示。
如表 1、表 2 所示， 要改变增益， 只需对CO4052 的控制引脚S 、S 赋予不同的高低电平， 就 1 0 可以实现增益的自动转换。 本系统中， 增益档分为 1、10、100 三档。
其与CD4052 的控制选通 关系如表 2 所示。 其中系统默认的增益为 1。
表 1 CD4052 逻辑功能表 表 2 增益与控制引脚关系 ENAB S 1 S 0 X Y GA IN S 1 S 0 1 F F O FF O FF 1 0 0 0 0 0 X0 Y0 10 0 1 0 0 1 X1 Y1 100 1 0 0 1 0 X2 Y2 无效 1 1 0 1 1 X3 Y3 2。 3 程控抗混滤波 本系统中我们仍然采用CMOS 系列的CD4052 这一四通道多路模拟转换开关来实现 自动调节有源滤波器的截止频率。
由图 4 可见， 此结构原理图分为两个环节， 即抗低频干扰和抗高频干扰， 可以设置 0。 1 ~ 25 kHZ 的滤波频率。
由于振动信号是频率成分十分丰富的信号， 我们通过MAX293 选择 有用的频率， 抑制其它的频率成分。 第一步主要是滤去低频干扰， 而第二步是滤去其高频干 扰。
这是因为此时的振动信号不是光滑的正弦波， 通过示波器观察， 会发现有许多毛刺， 因此 必须滤去其高频成分。 本系统中， 截止频率分为四档， 其与CD4052 之间的控制选通关系如 3 传 感 技 术 学 报 2000 年 00 表 3 所示。
图 4 程控抗混滤波原理图 表 3 截止频率与控制引脚关系 f c Hz 2 5 10 20 5 100 200 500 1*103 2*103 5*103 10*103 S 1 0 0 1 1 S 0 0 1 0 1 3 软件设计与实验结果 由于C51 编译器不但可以缩短单片机控制系统的开发周期， 而且易于调试与维护。 因 此本系统采用C51 编译器来进行软件的开发。
图 5 和图 6 分别给出了程控放大器的程度框。
4.压电式传感器中采用电荷放大器有何优点
压电式传感器中采用电荷放大器，可以避免信号传输中电缆的电容和电感对传感器输出，包括压电灵敏度的影响。
压电式传感器，是基于压电效应的传感器。是一种自发电式和机电转换式传感器。它的敏感元件由压电材料制成。压电材料受力后表面产生电荷。此电荷经放大和变换阻抗后就成为正比于所受外力的电量输出。压电式传感器用于测量力和能变换为力的非电物理量。
电荷量：简称电量，由库伦定律的公式定义，定义q1、q2为电荷的电荷量，即电荷量定义来源于库伦定律公式。
电荷定义为带电的微粒，定义电荷量为电荷量的多少或电荷数量的多少是错误的，应该是带“电”的多少，这里的“电”是指能激发电场的东西或质子（电子）的电属性的度量。
电荷放大器是一种可以将微弱电荷变换成与其成正比的电压，并将高输出阻抗变为低输出阻抗的放大器。电荷放大器本质上是一种输入阻抗非常高的放大器，能感受极微弱的电荷量输入；一些以电荷量为输出的传感器，如压电式传感器，由于产生的电量极为微弱，只有在极高的阻抗（绝缘）下才能形成。因此输出阻抗非常高。必须经电荷放大器的配合，才能将产生的电量转化为“可用”的电量。同时由于放大器的低输出阻抗，信号传输可以在一定距离内基本不受传输距离（电缆长度）的影响。
电缆的导线，可以在线间及周边形成电容和电感，以及漏电流。压电式传感器，由于产生的电量极为微弱，如果用电缆导出，电缆的电容和电感会严重影响输出量的变化（例如，电荷必须先将电容充满，才能表现为电势）。因此压电式传感器，必须在最近的位置上与电荷放大器的配合，才能及时、无损的将产生的电量转化为“可用”的电量。
压电式传感器中将压电元件与电荷放大器整合在一起，可以避免信号传输中电缆的电容和电感对传感器输出，包括压电灵敏度的影响。
5.电荷放大器和电压放大器有何特点
1、在使用压电晶体传感器的测试系统中，电荷放大器能够将传感器输出的微弱电荷信号转化为放大的电压信号，同时又能够将传感器的高阻抗输出转换成低阻抗输出。
电压放大器能将压电传感器的高输出阻抗变为较低阻抗，并将压电式传感器的微弱电压信号放大。
2、电压放大器为了与传感器匹配需要高输入阻抗，因此，抗干扰能力不足；电荷放大器的输出电压与输入电荷量成正比，因而，信噪比高。
3、电压放大器带宽、灵敏度受传感器线路电容量限制；电荷放大器只与电量有关，所以，频带宽，灵敏度也高。
4、在实际应用中，电压放大器和电荷放大器都应加过载放大保护电路，否则，在传感器过载时，会产生过高的输出电压。
转载请注明出处众文网 » 电荷放大器的毕业生论文(电荷放大器)