Розуміння і використання підсилювачів заряду

Підсилювач заряду - не найпоширеніший тип підсилювачів, однак в деяких випадках він може бути дуже корисний. По суті, це інтегратор струму, напруга на виході якого пропорційно інтегрованого значенням вхідного струму. Підсилювач заряду може бути корисний, коли джерело сигналу надходить від датчика, що має ємнісний характер, наприклад, якщо це п'єзоелектричний мікрофон або гідрофон, або якщо датчиком служить фотодетектор. Схема підсилювача заряду на основі ОУ наведена на рисунку 1.

Резистор R1 встановлює режим роботи ОУ по постійному струму; без резистора напруга на виході ОУ дрейфувала б вгору або вниз до рівня напруги в одному з шин харчування, в залежності від полярності струму зміщення ОУ. Опір резистора повинно бути досить низьким, щоб забезпечити відповідну робочу точку ОУ без істотного зниження необхідних характеристик. У той же час, опір має бути більше, ніж імпеданс конденсатора C1 на мінімальній використовуваної частоті. Для ОУ з малим струмом зміщення, таких, як КМОП підсилювачі або підсилювачі з польовими транзисторами на входах, опір резистора, як видно з рисунка 1, може бути дуже великим.

Поняття «посилення» підсилювача заряду не цілком очевидно, так як залежить від ємності джерела сигналу. Наприклад, ємність гідрофону Brüel Kjær 8103 становить 3850 пФ, визначаючи посилення, рівне в даному випадку 20 • log (3850 пФ / 100 пФ), або 31.7 дБ. «Посилення» - не зовсім підходящий термін для опису передавальної функції, оскільки вихідна напруга пропорційно заряду датчика. Проте, часто буває зручніше розглядати сигнал, як напруга, яке знімається з певної ємності, що має, відповідно, певний заряд.

Наприклад, в специфікації гідрофону BK 8103 заявлена ​​чутливість 0.12 пКл / Па, а також 30 мкв / Па. Оскільки ємність становить 3850 пФ, а чутливість до заряду повинна ґрунтуватися на співвідношенні Q = CV, помножимо 30 мкв на 3850 пФ. В результаті отримаємо 0.12 пКл - те ж значення, яке вказує BK, тобто, виявляється, що одна і та ж величина просто виражена двома різними способами.

Динамічні характеристики даної схеми без урахування зворотного зв'язку показані на рисунку 2.

Посилення, як і очікувалося, становить 31.7 дБ. Частота зрізу за рівнем 3 дБ визначається обмеженнями ширини смуги посилення ОУ. Для моделювання роботи підсилювача датчик був представлений джерелом напруги з послідовно підключеним до нього конденсатором (Малюнок 3).

Схожі статті