扬州TB电荷放大器

工作原理
DFT2001电荷放大器由电荷放大级，前级放大器归一化电压放大级，高、低通滤波器，输出放大级，过载指示和稳压电源五部分组成。各部分工作原理简述如下：
3.1 电荷放大级
电荷放大级由一个带电容反馈的高输入阻抗高增益的运算放大器所组成，连同压电传感器与输入电缆，其等效电路如图3.1。
其输出电压：
Vo= -QA/Ct+Co+Cf(1+A)
式中：Q——传感器产生的电荷
Ct——传感器电容
Co——输入电缆电容
Cf——反馈电容
-A——运算放大器开环增益（负号指输入与输出反相），由于A很大，也因此一般情况下：
| Ct+ Co|<<| Cf（1+ A）|这样
Vo≈- QA/ Cf（1+ A）≈-Q/ Cf (A>>1)
由上式可知，若反馈电容Cf不变，则输出电压Vo与输入电荷Q成正比，基本上与输入电缆电容无关，因此电荷放大器可使用很长的输入电缆而对测量精度影响甚小。

测量顺序
6.1.2.1 接入交流220V，打开电源开关预热约10分钟。
6.1.2.2 将输出与适当的指示记录仪器—电压表、示波器、记录器、频率分析仪等接好。
6.1.2.3 传感器装到被测物体上，将低噪声电缆线和传感器接好，先用金属导体短接L5插头与芯以释放累积电荷，然后再接至仪器输入插座。
6.1.2.4 将传感器灵敏度旋至所接传感器灵敏度位置。
6.1.2.5 选择适当的《输出mV/Unit》档，若无法确定时，应先置于灵敏度较低的位置。
6.1.2.6 选择合理的上下限频率
6.1.2.7 进行测量
6.1.2.8 结束后关掉电源
6.1.3 应用举例
6.1.3.1 标定加速度计灵敏度
按图6.1 连接测量系统
标准加速度计和被测加速度计固定在电磁振动台的同一点上，用低噪声电缆将标准加速

电荷放大器原理--结构
电荷放大器主要由电荷变换级、低通滤波器、高通滤波器、末级功放和电源这几大部分构成，其各部分所完成的功能如下:
电荷变换级，电荷放大器的部分，其输入的是高阻抗低噪声信号，运用的是低漂移宽带精密运算放大器。其反馈电容Cf1具有101pF、102pF、103pF、104pF四个档位，反馈到输入端后的有效电容可通过公式C =(1+K)Cf1计算得出(其中，K为开环增益，常取106倍)。
低通滤波器，电荷放大器的第二部分，一般情况下使用的是二阶巴特沃斯有源滤波器，其具有通带平坦、结构简单、操作方便等特点，且对高频干扰信号的消除具有较高的可靠性。
高通滤波器，电荷放大器的第三部分，一般情况下使用的是二阶无源高通滤波器，可对低频干扰信号进行有效的滤除。
末级功放，电荷放大器的第四部分，主要用于完成对有用信号的放大。
电源，不是电荷放大器串联流程中的一部分，但却是其工作所不可缺失的，主要用于为电荷放大器提供能量。其将220V电压经降压、整流、滤波、稳压等几个环节后得到电荷放大器工作所需的15V电压。

1.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。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。
3.低通滤波器
以A3为核心组成二阶巴特沃斯有源滤波器，元件少，调节方便，通带平坦，可有效地消除高频干扰信号对有用信号的影响。
4.高通滤波器
二阶无源高通滤波器可有效地抑制低频干扰信号对有用信号的影响。
5.末级功放
以A4为核心组成增益，输出短路保护精度高。
6.程控和面板控制参数
为了实现对灵敏度、滤波常数的调整，我们设计了利用USB接口的计算机程控系统，可以通过计算机对相应参数进行调整，同时面板也可以进行显示和调整。
7.过荷级
以A9为核心当输出电压大于10Vp时,前面板红色发光二级管LED闪亮。此时信号发生削顶失真，应降低增益或查找故障。
8.电源
仪器的工作电压为15V。它由AC220V 50Hz经变压器降压整流滤波，再经可调集成稳压电源稳压后得到。

DFT2002双积分型电荷放大器特点
2.1 输入特性
2.1.1 大输入电荷量：±105pC。
2.2 输出
传感器电容1nF时，1~1000mV/Unit（1）。
传感器灵敏度调节：三位数字转盘调节传感器电荷灵敏度1~999pC/mS-2。
2.3 精度误差：
加速度：固有误差≤±1%
工作误差≤±2%
速 度：固有误差≤±3%
工作误差≤±5%
位 移： 固有误差≤±3%
工作误差≤±5%

积分器
积分器采用多路反馈有源带通滤波器的形式，当频率ω0时，衰减斜率6dB/倍频程，符合一次积分性，利用ω0处的曲线可实现有源积分器，而将两路积分器串联实现二次积分。从而实现加速度到速度、位移的转换。本积分器下限频率为1Hz、10Hz，对应工作频率分别是1.6HZ、16HZ时，积分器的增益为20dB。