Усилитель заряда

Усилитель заряда представляет собой электронный ток интегратора , который производит выходное напряжение , пропорциональное интегральной величины входного тока или полного заряда впрыскиваемого.

Схема усилителя заряда

Усилителя смещения входного тока с помощью опорного конденсатора обратной связи, и производит выходное напряжение обратно пропорционально величину опорного конденсатора, но пропорциональное общий входного заряд, протекающий в течение определенного периода времени. Таким образом, схема действует как преобразователь заряда в напряжение. Коэффициент усиления схемы зависит от емкости конденсатора обратной связи.

Дизайн [ править ]

Усилители заряда обычно конструируются с использованием операционного усилителя или другой полупроводниковой схемы с высоким коэффициентом усиления с конденсатором отрицательной обратной связи . Входной ток компенсируется током отрицательной обратной связи, протекающим в конденсаторе, который генерируется увеличением выходного напряжения усилителя. Таким образом, выходное напряжение зависит от величины входного тока, который он должен смещать, и величины, обратной величине конденсатора обратной связи. Чем больше емкость конденсатора, тем меньшее выходное напряжение должно генерироваться для создания определенного тока обратной связи.

Входное сопротивление схемы практически равно нулю из-за эффекта Миллера . Следовательно, все паразитные емкости (емкость кабеля, входная емкость усилителя и т. Д.) Практически заземлены и не влияют на выходной сигнал. ^[1]

Идеальная схема [ править ]

Схема работает, пропуская ток через конденсатор C _f . Операционный усилитель стремится сохранить состояние виртуального заземления на входе, подавляя влияние входного тока. Если операционный усилитель считается идеальным , узлы v ₁ и v ₂ остаются равными, и поэтому v ₂ является виртуальной землей. Операционный усилитель генерирует компенсационный ток, протекающий через последовательный конденсатор, чтобы поддерживать виртуальное заземление. Это заряжает или разряжает конденсатор с течением времени. Поскольку конденсатор подключен к виртуальной земле, входной ток не зависит от заряда конденсатора и линейногодостигается интеграция выпуска. Взаимосвязь между электрическим зарядом и током регулируется:

${\ Displaystyle Q = \ int _ {0} ^ {t} я (т) dt}$

Следовательно, уравнение входа-выхода усилителя заряда:

${\ displaystyle v _ {\ text {0}} = - {\ frac {1} {C _ {\ text {F}}}} Q}$

Приложения [ править ]

Общие приложения включают усиление сигналов от таких устройств, как пьезоэлектрические датчики и фотодиоды , в которых выходной заряд устройства преобразуется в напряжение.

Усилители заряда также широко используются в приборах, измеряющих ионизирующее излучение , таких как пропорциональный счетчик или сцинтилляционный счетчик , где необходимо измерять энергию каждого импульса обнаруженного излучения из-за ионизирующего события. Интегрирование импульсов заряда от детектора дает перевод энергии входящего импульса в пиковое выходное напряжение, которое затем может быть измерено для каждого импульса. Обычно это поступает в схемы распознавания или многоканальный анализатор .

Усилители заряда также используются в схемах считывания ПЗС- формирователей изображений и решеток плоских детекторов рентгеновского излучения. Усилитель способен преобразовывать очень небольшой заряд, накопленный внутри пиксельного конденсатора, в уровень напряжения, который можно легко обработать.

К преимуществам усилителей заряда можно отнести:

• Позволяет выполнять квазистатические измерения в определенных ситуациях, например, при постоянном давлении на пьезоэлектрическое устройство в течение нескольких минут ^[2]
• Пьезоэлементный преобразователь можно использовать в гораздо более горячих средах, чем преобразователи с внутренней электроникой ^[2]
• Коэффициент усиления зависит только от конденсатора обратной связи, в отличие от усилителей напряжения, на которые сильно влияют входная емкость усилителя и параллельная емкость кабеля ^{[2] [3]}

Другое использование [ править ]

• Формирование сигнала акселерометра
• Пикап гитары усилители
• Преобразователи вибрации

См. Также [ править ]

• Получение виртуального нулевого импеданса с помощью теоремы Миллера
• Усилитель передачи заряда

Ссылки [ править ]

Внешние ссылки [ править ]

• Схемы сопряжения для пленки из поливинилиденфторида
• Схематическая диаграмма
• Учебное пособие по пьезоэлектрическим кондиционерам