電荷放大器的原理

在很多壓電測試場合，需要把電荷量的信號轉(zhuǎn)換成電壓或電流的信號，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)，輸入端的電荷將會被耗盡。

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，積分電容也會因?yàn)橐陨弦蛩囟S著時(shí)間的偏移而上下浮動。目前，國內(nèi)在解決這一問題的領(lǐng)域，幾乎空白，以致國外解決這一問題高端的放大器售價(jià)數(shù)萬元之巨。

電荷放大器分類：

直流電荷放大器：使用于測量一個(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同時(shí)造成測量的結(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題，但價(jià)格動輒數(shù)萬元。

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，在每次測量前，對電容進(jìn)行放電至0輸出。

交流電荷放大器：常用于測量來回變化的電荷量。也是目前使用最廣，用量最多的類型。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，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，它不適合于測試過于低頻的信號，因?yàn)殡姾深l率低時(shí)，電荷積分《電阻對積分的放電。 所以一般用于測量大于50Hz的頻率。如果要測試更低的頻率，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，性能和國外的產(chǎn)品是同一指數(shù)級，但價(jià)格只有三分之一

交流電荷放大器應(yīng)用要點(diǎn)：

壓電陶瓷，加速度傳感器等，需要是電荷型；（目前市場上有電流輸出型，電流輸出型精度不高）正弦等有規(guī)律的測試，測量點(diǎn)的有效值為峰峰值；如果為單脈沖測試，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)就開始新的測試，將會不準(zhǔn)確。