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您通常可能会遇到的问题
电荷转换以及毫伏级或微伏级的电信号放大,这些极微弱的信号,测量起来非常困难。所以需要用到专用的放大器进行放大转换。这些都属于前置放大级,要求很高。
曾有人问,那后级加上滤波等再处理行不行。回答是:前面没处理好,传递给后面的是一个已经失真的信号,后级再怎么处理,都是建立在一个扭曲了的来源上。所以,必须想办法从前置级去把噪音和失真做到最低。
首先,一个好的、正确的前置级电路,而不是一个好的后级补救处理。如果你测量的是一个有点传输距离的那就得选用差分输入,如果被测端是高速变化的信号,还得考虑放大器带宽。这个不多说了。
其次,就是怎么个把这个好的放大器正确的应用的。
地的处理。一个客户购买了一个电荷放大器ICA100用于测量光电效应产生的电量,但是他反应说干扰很大。后面他把整套东西寄给我们,检查一看,他是把放大器的输入端电缆,接到被测试模块的输出。粗看一下是没有任何问题的。但问题是,他们共用一个电源,然后信号电缆的长度大概有半米。我把电荷放大器模块和被测量模块之间,用一根很粗的地线进行连接,问题迎刃而解,干扰就消失了。他的原因是:因为电荷放大器并非是差分输入,所以,如果与被测点之间在地线上引入细微的干扰,都是很严重的。我们只能建议他,如果有可能,把他们一起固定在一个金属体上,并以这个金属体为地,那是最理想的。
放大器的供电,对于放大器整体性能的影响,也是差距很大的。有的人需要用开关电源供电,因为购买方便,但殊不知道,那对于放大器来说,那是很差劲的电源。拆解过进口的数字电源你就会明白,那些顶级的电源,关键的调整部分都是用线性电路来实现的,要不他怎么敢说能够在uV的基础上进行可调。甚至有些要求非常高的场合,要想进一步的降低噪音,还必须要用电池来进行供电。深圳微精艺公司的LNPA前置放大器,10000放大时,在使用普通线性电源供电和电池供电时,噪音可以有效的降低1/3。在那些已经是极限的场合,那已经是很大的变化了。
避免输入输出间的藕合。既然是极微弱的放大,那就得注意这个了。输入输出,无意间就形成互藕,就自己干扰自己了。所以,放大器的输入和输出,尽量在空间上错开,并使用屏蔽线。千万贪图方便把他们做在一个同芯线上。
这些都是本公司在客户应用中的的一些经验了。希望对朋友们有用。
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:
1.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。
2.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。
输入与输出电压的关系:
以深圳市微精艺有限公司的精密交流电荷放大器为例,ICA101,ICA102,ICA103,ICA104, 代表其内部的积分电容分别为100PF, 1000PF, 10000PF, 100000PF.
ICA101: 输入100pC的电荷量,输出峰值为1V, +-6V供电时最大输入为500pC
ICA102: 输入1000pC的电荷量,输出峰值为1V, +-6V供电时最大输入为5000pC
ICA103: 输入10000pC的电荷量,输出峰值为1V, +-6V供电时最大输入为50000pC
ICA104: 输入100000pC的电荷量,输出峰值为1V, +-6V供电时最大输入为500000pC
交流电荷放大器应用要点:
1.压电陶瓷,加速度传感器等,需要是电荷型;(目前市场上有电流输出型,电流输出型精度不高)
2.正弦等有规律的测试,测量点的有效值为峰峰值;
3.如果为单脉冲测试,有效直为最高的峰值;直到回落到0V时,才能进行下一次脉冲测试。因为交流放大器内部有积分放电电阻,输出将从峰值上缓慢回落,如果还未回到原点就开始新的测试,将会不准确。
有50HZ干扰? 如果隔绝到一个没有交流220V的环境中,放大器输出肯定就是一条没干扰的直线的。 但因为是电荷信号输入,将会不可避免的被周围的工频 50HZ 信号干扰(周边220V散发出的电荷干扰)。 但这个干扰信号是从传感器进入的,而非电路板行进入的。只要信噪比达到分辨要求即可。如果想彻 底解决干扰问题,将传感器屏蔽,并把屏蔽外壳接地处理。
下面以PVDF为例子说明, 其他微弱信号或是传感器都是同样道理。
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