Усилители заряда
УЗ обеспечивает выходное напряжение, пропорциональное электрическому заряду, проходящему на его вход (другими словами, усилитель заряда – это интегратор входного тока).
Схема УЗ включает
в себе ОУ, охваченный ОС через конденсатор
Сос. Ко входу ОУ присоединили
источник входного зарядаqвх,
условно показанный в виде источника
напряженияUвхи
соединенной последовательно с ним
емкости Сi(
,где
ΔUвх– изменение
входного напряжения).
Конденсатор Слпоказывает емкость линии, соединяющей вход источника усиливаемого заряда со входом усилителя заряда.
УЗ в принципе можно расматривать как инвертирующий усилитель для входного напряжения Uвх. Отличие состоит в том, что вместо резисторовR1иR2включены конденсаторы Сiи Сос. Поэтому усилитель реагирует только на приращение входного напряжения ΔUвх.
.
Реально в качестве источников входных зарядов выступают обычно пьезоэлектрические датчики. Использование в этом случае усилителей зарядов вместо усилителей напряжения позволяет существенно уменьшить погрешности измерения, обусловленные нестабильностью емкости пьезоэлектрического датчика и соединительной линии.
Параллельно конденсатору Сосв УЗ может быть присоединен ключ, позволяющий производить начальную установку равного нулюUвыхпутем разряда этого конденсатора через замкнутый ключ. Возможна также установка параллельно СосрезистораRосс помощью которого ограничивается снизу полоса пропускания усилителя.
Если частота
изменения входного заряда fqтакова, что
(
),
гдеrвх
– входное сопротивление ОУ, то передаточная
функция усилителя заряда:
Отсюда видно, что емкость соединительной линии, как и входная емкость источника заряда, оказывает на входное напряжение UвыхУзнезначительное влияние, тем меньшее, чем больше коэффициент усиления ОУ.
Увеличение коэффициента преобразования УЗ достигаентся путем уменьшения емкости Сос. Можно также достичь увеличение этого коэффициента с помощью Т-образного трехполюсника в цепи ОС. Для упрощения регулировки коэффициента преобразования и установку начального напряжения, обычно включают в состав трехполюсника один конденсатор и два резистора.
Если считать ОУ идеальным, то передаточная функция УЗ будет равна:
,
где
.
Если же для входного
заряда, изменяющегося с частотой
,
данный усилитель имеет коэффициент
преобразования:
