電荷放大器的原理

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。在電荷轉換完成的同時，輸入端的電荷將會被耗盡。

現(xiàn)實中電荷放大器的不理想性，因為任何電子放大器本身都存在偏置電壓偏置電流，且積分電容本身存在漏電阻，從而導致了在電荷轉換出現(xiàn)誤差，并且在電荷轉換完成后，積分電容也會因為以上因素而隨著時間的偏移而上下浮動。目前，國內(nèi)在解決這一問題的領域，幾乎空白，以致國外解決這一問題高端的放大器售價數(shù)萬元之巨。

電荷放大器分類：

1. 直流電荷放大器：使用于測量一個一個緩慢變化的電荷量。但其最大的缺點是非理想放大器漏電流偏置電流等會同時造成測量的結果緩慢的持續(xù)的注入，隨著時間的推移，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，對電容進行放電至0輸出。

1. 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。但也可以從它的結構原理看出，它不適合于測試過于低頻的信號，因為電荷頻率低時，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供電時最大輸入為500pC

ICA102: 輸入1000pC的電荷量，輸出峰值為1V， +-6V供電時最大輸入為5000pC

ICA103: 輸入10000pC的電荷量，輸出峰值為1V， +-6V供電時最大輸入為50000pC

ICA104: 輸入100000pC的電荷量，輸出峰值為1V， +-6V供電時最大輸入為500000pC

如圖所示：

交流電荷放大器應用要點：

1. 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）
2. 正弦等有規(guī)律的測試，測量點的有效值為峰峰值；
3. 如果為單脈沖測試，有效直為最高的峰值；直到回落到0V時，才能進行下一次脈沖測試。因為交流放大器內(nèi)部有積分放電電阻，輸出將從峰值上緩慢回落，如果還未回到原點就開始新的測試，將會不準確。