Схемотехника усилителей заряда
Дипломная работа - Компьютеры, программирование
Другие дипломы по предмету Компьютеры, программирование
й схемы, для токов 1пэ, 1с и Ioc можно записать следующие выражения:
После подстановки этих выражений в приведенное выше уравнение Кирхгофа получается выражение:
Решение этого дифференциального уравнения можно получить путем интегрирования. Постоянные, соответствующие исходным напряжениям постоянного тока на выходе операционного усилителя, полагаются равными нулю. Это вполне допустимо ввиду того, что всякого рода напряжения смещения при активной работе операционного усилителя быстро уменьшаются до нуля. Следовательно, решение упомянутого уравнения можно представить в виде: [7]
С учетом присущего современным операционным усилителям большого значения коэффициента усиления (А 105) выражение упрощается, и решение дифференциального уравнения принимает вид:
Отсюда следует, что выходное напряжение предусилителя пропорционально входному заряду и обратно пропорционально емкости цепи обратной связи. [6]
Эквивалентная емкость на входе вообще не влияет на напряжение сигнала на выходе последнего, так как в идеальном случае А -> ? и входное напряжение равно нулю.
Следовательно, эквивалентное входное сопротивление не влияет на напряжение выходного сигнала предусилителя. Это значит, что на входе предусилителя имеются лишь токи от преобразователя и от конденсатора в цепи обратной связи операционного усилителя. [6] Эти токи имеют идентичную амплитуду, но противоположные друг другу знаки. Следовательно, весь отдаваемый пьезопреобразователем электрический заряд сообщается конденсатору в цепи обратной связи операционного усилителя [7].
На этом можно закончить обсуждение упрощенной эквивалентной электрической схемы усилителя заряда, соединенного с пьезоэлектрическим преобразователем. Кривые на рис. 9 показывают влияние входной емкостной нагрузки на участок амплитудно-частотной характеристики усилителя заряда. Хотя увеличение параллельной емкости почти не сказывается на чувствительности по заряду акселерометра, добавление соединенного последовательно конденсатора приводит к уменьшению электрического заряда на выходе. [7]
Хотя увеличение параллельной емкости почти не сказывается на чувствительности по заряду акселерометра, добавление соединенного последовательно конденсатора приводит к уменьшению электрического заряда на выходе. Уменьшение поступающего на вход предусилителя заряда может быть целесообразным при исследованиях механических колебаний с большими амплитудами, в частности при применении высокочувствительного акселерометра. Соответствующим образом можно предотвратить перегрузку по входу используемого усилителя заряда. Следовательно, путем последовательного и параллельного подключения к выходу акселерометра тщательно отобранных конденсаторов с точно определенными емкостями параметрами можно ослабить поступающий на вход предусилителя электрический заряд. Эквивалентная электрическая схема акселерометра, соединенного с описанным емкостным аттенюатором, показана на рисунке 10.
Поскольку емкость Сос определяет коэффициент усиления предусилителя, собственный шум последнего увеличивается с уменьшением значения коэффициента усиления и, следовательно, с увеличением значения емкости цепи обратной связи используемого в предусилителе операционного усилителя. [6] Исходя из этого, применение высокочувствительных пьезопреобразователей и больших значений коэффициента усиления предусилителей способствует увеличению значений отношения сигнала к шуму.
Нужно подчеркнуть, что подвергаемые воздействию механических колебаний соединительные кабели генерируют электрический шум. Применение малошумящих кабелей особенно важно в системах, используемых при исследованиях механических колебаний с малыми амплитудами.[6]
Кривые на рисунке 11 отображают зависимость отнесенного ко входу собственного шума от емкостной нагрузки на его входе. [7]
В области низких частот (<100 Гц) собственный шум усилителя заряда обычно обратно пропорционален частоте, т. е. его амплитуды увеличиваются с уменьшением частоты. Увеличение собственного шума на низких частотах является нежелательным свойством операционных усилителей. Эффективным с точки зрения подавления такого шума является применение дополнительных фильтров верхних частот.
Отметим, что почти все изготовляемые и выпускаемые фирмой Briiel & Kjer предусилители снабжены соответствующими фильтрами верхних частот [5].
Существенное уменьшение сопротивления нагрузки на входе предусилителя, т.е. уменьшение приблизительно до 10 МОм, сопровождается увеличением собственного шума. Увеличение собственного шума предусилителя более заметно в области низких частот. Однако его причины нелегко выявить, так как необходима подробная информация, относящаяся к параметрам отдельных схемных элементов и к их соединениям во входном каскаде предусилителя. [7]
Показанные на рисунке 12, кривые являются результатом экспериментальных исследований и отображают зависимость узкополосного собственного шума усилителя заряда от сопротивления нагрузки на его входе. [7] Значения собственного шума выражены в единицах напряжения, отнесенных к квадратному корню, и ширины частотной полосы, т. е. мкВ/vГц.
Выводы
В результате исследования усилителей заряда выяснила, чт