电荷放大器原理是什么

电荷放大器工作原理
多数传感器的感应部分能将机械量转变成微弱的电荷量Q，而且输出阻抗Ra极高。而通过适配电荷放大器就将此微弱电荷变换成与其成正比的电压，并将高输出阻抗变为低输出阻抗。Ca  配接传感器自身电容一般为数千pF，1/2  RaCa决定传感器低频下限。
　　Cc  传感器输出低噪声电缆电容。一般采用的导线值为100－300pF/米。
　　Ci  运算放大器A1输入电容典型值3pF  。
　　2.电荷变换级A1，采用高输入阻抗、低噪声、低漂移宽带精密运算放大器。反馈电容Cf1有101pF、102pF、103pF、104pF四档。根据米勒定理，反馈电容折合到输入端的有效电容量是C  =（1+K）Cf1。其中K为A1开环增益典型值为120dB，即106倍。Cf1取100pF最小时C约为108pF。假设传感器输入低噪声电缆长度为1000米，则Cc为95000pF。假设传感器Ca为5000pF，则CaCcCiC并联后CaCcCi总电容约为105pF，三者总电容与C相比105pF/108pF  =  1/1000。换句话说5000pF自身电容的传感器输出电缆1000米，折合到反馈电容也只影响Cf1  0.1%的精度，而电荷变换级的输出电压为传感器输出电荷Q  /  反馈电容Cf1，因此也只影响输出电压0.1%的精度。
　　电荷变换级的输出电压为Q  /  Cf1，所以当反馈电容分别为101pF、102pF103pF、104pF时,其输出分别为10mV/pC、1mV/pC。0.1mV/pC。0.01mV/pC。

将机械量转变成与其成正比的微弱电荷Q，而且输出阻抗Ra极高。电荷变换级是将电荷变换为与其成正比的电压,将高输出阻抗变为低输出阻抗。

在很多压电测试场合，需要把电荷量的信号转换成电压或电流的信号，此时，就需要用到一种特殊的放大——电荷放大器。
电荷放大器的原理：利用放大器输入虚地的概念，把电荷信号直接积分到电路中的积分电容，从而放大器的输出，便是所有电荷量的总和的输出。在电荷转换完成的同时，输入端的电荷将会被耗尽。
现实中电荷放大器的不理想性，因为任何电子放大器本身都存在偏置电压偏置电流，且积分电容本身存在漏电阻，从而导致了在电荷转换出现误差，并且在电荷转换完成后，积分电容也会因为以上因素而随着时间的偏移而上下浮动。目前，国内在解决这一问题的领域，几乎空白，以致国外解决这一问题高端的放大器售价数万元之巨。
电荷放大器分类：
直流电荷放大器：使用于测量一个一个缓慢变化的电荷量。但其最大的缺点是非理想放大器漏电流偏置电流等会同时造成测量的结果缓慢的持续的注入，随着时间的推移，误差越大，直到放大器完全的饱合。理想的放大器可以解决此问题，但价格动辄数万元。
折中的办法是：在普通的直流电荷放大器中，加入积分放电电路，在每次测量前，对电容进行放电至0输出。
交流电荷放大器：常用于测量来回变化的电荷量。也是目前使用最广，用量最多的类型。其原理就是在直流电荷放大器的积分电容的两端加一个几百兆甚至上G的放电电阻。放大器漏电流偏置电流等与这个放大电阻比起来，已是影响很小，所以接近于理想值。但也可以从它的结构原理看出，它不适合于测试过于低频的信号，因为电荷频率低时，电荷积分《电阻对积分的放电。  所以一般用于测量大于50Hz的频率。如果要测试更低的频率，可增加放电电阻的值，并选择更大电荷量的电荷传感器。

在测试系统中，测试产品在规定的条件下和规定的时间内，完成规定功能的能力即为可靠性。测试系统的每一部分都会不同程度的影响整个系统的可靠性，由于部分的失效引起的系统失效的概率也就不同。    随着存储测试技术的发展，存储测试系统逐渐模块化、标准化和系列化。如果将一些功能模块制成ASIC，就会满足动态测试对测试装置的要求，并使存储测试系统可靠性得到极大地提高。图1  为使用专用集成电路设计的存储测试系统。电荷放大器是测试系统中的一个串联环节，因此它的失效直接影响整个系统的失效。  >  电荷放大器的原理    图2  为电荷放大器原理图。      压电晶体受到压力作用产生电荷Q；Ca  是传感器级间电容，Qa  是此时充到Ca  中的电荷；Cc  是传感器传输电缆的电容，Qc是此时充到Cc  中的电荷，Gc  是输入电缆漏电导；Ci是电荷放大器的输入电容，Qi  是此时充到Ci  中的电荷，Gi  是放大器的输入电导；Ud  是此时在运算放大器反相输入端上产生的差动电压；Cf  是电荷放大器的反馈电容，作用到Cf  两端的电压是Ud  和输出电压U0  的差值，Qf  是此时充入Cf  的电荷，Gf  是放大器的反馈电导；运算放大器的开环系数为A，由于电压是反向输入，