调理电路中的电荷放大器优化方案

电荷放大器常作为压电式传感器测量系统中的输入电路，也可以用于电容式传感器等变电容参数的测量中。它能将高内阻的电荷源转换为低内阻的电压源，而且输出电压正比与输入电荷，因此，电荷放大器同样也起着阻抗变换的作用，其输入阻抗高达10¹⁰～10¹²Ω，输入阻抗小于100Ω。使用电荷放大器突出的一个优点是：在一定条件下传感器的灵敏度与电缆长度无关。

电荷放大器实际上是一个具有深度电容负反馈的增益放大器。它的等效电路如图4-5所示。

图4-5 电荷放大器的等效电路

图4-5中各符号的意义是：

q——传感器产生的电荷；

g_c、g_i、g_f——电缆的漏电导、放大器的输入电导、放大器的反馈电导；

U_i、U_o——电路的输入电压、输出电压；

C_a、C_c、C_i、C_f——压电传感器的电容、连接电缆电容、输入电容和放大器的负反馈电容。(www.xing528.com)

事实上g_c、g_i和g_f都是很小的。略去漏电导等的影响，由图4-5的电路可得

当运算放大器的开环增益很大时，即A1，有

AC_fC_a+C_c+C_i

于是，式（4-2）可近似为

U_o≈-q/C_f （4-3）

式（4-3）表明，电荷放大器的输出电压与压电传感器的电荷成正比，与电荷放大器的负反馈电容成反比，而与放大器的放大倍数的变化或电缆电容等均无关系。这是电荷放大器的特点和名称的由来。此外，它又表明放大器的输出与频率无关。因此，只要保持反馈电容的数值不变，就可以得到与电荷量变化成线性关系的输出电压。还可以看出，反馈电容越小，输出就越大，因此要达到一定的输出灵敏度要求，必须选择适当的反馈电容。