電荷放大器和電壓放大器各有何特點

2020-12-08 電子發燒友

電荷放大器和電壓放大器各有何特點

發表於 2019-10-08 10:04:24

　　電荷放大器

　　電荷放大器由電荷變換級、適調級、低通濾波器、高通濾波器、末級功放、電源幾部分組成。多

　　數傳感器的感應部分能將機械量轉變成微弱的電荷量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，並將高輸出阻抗變為低輸出阻抗。Ca配接傳感器自身電容一般為數千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生電荷Q；Ca 是傳感器級間電容，Qa 是此時充到Ca 中的電荷；Cc 是傳感器傳輸電纜的電容，Qc是此時充到Cc 中的電荷，Gc 是輸入電纜漏電導；Ci是電荷放大器的輸入電容，Qi 是此時充到Ci 中的電荷，Gi 是放大器的輸入電導；Ud 是此時在運算放大器反相輸入端上產生的差動電壓；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 是此時充入Cf 的電荷，Gf 是放大器的反饋電導；運算放大器的開環係數為A，由於電壓是反向輸入，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

　　在精度的範圍內可以忽略部分數量級小的部分，可以認為：

　　根據傳感器的電荷靈敏度、量程和反饋的電容計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，級聯方式分直接耦合、阻容耦合和變壓器耦合，要求放大倍數高、頻率響應平坦、失真小。當負載為諧振電路或耦合迴路時，要求在指定頻率範圍內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

　　1、在使用壓電晶體傳感器的測試系統中，電荷放大器能夠將傳感器輸出的微弱電荷信號轉化為放大的電壓信號，同時又能夠將傳感器的高阻抗輸出轉換成低阻抗輸出。

　　電壓放大器能將壓電傳感器的高輸出阻抗變為較低阻抗，並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，抗幹擾能力不足；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，所以，頻帶寬，靈敏度也高。

　　4、在實際應用中，電壓放大器和電荷放大器都應加過載放大保護電路，否則，在傳感器過載時，會產生過高的輸出電壓。

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