电荷放大器由电荷变换级、适调级、低通滤波器、高通滤波器、末级功放、电源几部分组成。

组成部分

电荷变换级、适调级等

作用

电荷放大

性质

器件

简介

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。

3.低通滤波器

电荷放大器

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。

主要技术指标

A.

电荷放大器

最大输入电荷量为50000pC

B.电荷放大器适调方式为三位拨盘式数字指示, 适调误差为<1% C.放大器频率范围(-3dB):

加速度 0.3Hz-100kHz

速度 1Hz-10kHz

位移 1Hz-1kHz D.电荷放大器输出最大电压: ±5Vo-p E.放大器测量误差: 加速度为<1%

速度为<2%

位移为<4% F.放大器低通滤波截止频率(-3dB): 五档分别为100kHz、30kHz、10kHz、3kHz、1kHz, 衰减速率为12dB/oct G.放大器噪声电平: 在1nF传感器电容灵敏度条件下折合到输入端时小于10-2pC H.电荷放大器使用环境: 温度为0 -40℃ 湿度为0-80%RH。