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生的難以測量的極小電荷信號轉換為成比例的電壓信號的放大器。

壓電傳感器產生的電荷信號與施加在其上的壓力成正比，因此精確測量該值非常有用。電荷放大器可以將壓力傳感器產生的電荷信號轉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

使用壓電傳感器進行測量時使用電荷放大器。電荷放大器用于壓電傳感器空間狹窄的地方或環境溫度較高的環境中。這是因為壓電傳感器體積小，耐熱性高，并且經常在上述環境中進行測量。

電荷放大器也是需要響應性的測量的理想選擇。壓電傳感器測量微小位移，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量的微小位移。

2、其他

廣泛應用于測量電離輻射的設備，如正比計數器、閃爍計數器等。這些儀器檢測電離現象中的輻射并測量每個脈沖的能量。

使用電荷放大器，可以將來自檢測器的電荷脈沖轉換為電壓輸出并單獨測量每個脈沖。

電荷放大器原理

如上所述，壓電傳感器在受到壓力時會產生微小的電荷。電荷放大器的作用是將這種微小的電荷轉換成可測量的電壓。

1. 電荷轉換

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

將電荷轉換為電壓信號可提供可輸入到數據處理儀器（例如 DAQ、FFT 分析儀或示波器）的信號。

2. 放大機制

當電荷放大器將微小電荷轉換為電壓時，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算放大器和電容器組成的電路組成。該電路對隨時間流入電容器的電流進行積分并放大電荷。

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。這是一個在輸入端加了一個電阻的電路，它是一個電流/電壓轉換電路。它具有隨時間對電壓進行積分并放大的特性。

3. 噪音消除/保護功能

有些電荷放大器在輸出點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/電壓轉換，而是用于防止輸入信號過大。

如何選擇電荷放大器

事實上，為了進行準確的測量，選擇適合被測物體的電荷放大器極其重要。以下是選擇電荷放大器時需要考慮的重要事項。

1. 測量通道數

如果有多個測量點，除非有多個測量通道，否則無法進行測量。如果沒有足夠的測量通道，當然可以通過購買額外的電荷放大器來測量，但成本和調整工作會很復雜，所以好處不大。

2. 可輸入的電荷信號大小

另一個重要的一點是它是否與壓電傳感器的電荷信號的大小相對應。當然，如果測量范圍不匹配，則無法進行測量，但有必要安裝具有考慮到未來測量計劃的測量范圍的電荷放大器。