AFT-0968准静态电荷放大器

一、概述

AFT-0968准静态电荷放大器是一种输入阻抗极高（1012Ω以上）的前置放大器，其输出电压量正比于输入电荷量。它可以与压电式力、压力、加速度传感器配接，对振动、冲击、压力等瞬态脉冲信号进行动态测量，也可以对力、压力传感器进行准静态标定。因此，它在力学测量方面具有独特的优势。

其基本原理是将输入信号通过场效应管的栅极电容注入到源端，使得源端电压发生变化，然后通过高阻抗负载电路将源端电流放大，并转化为输出电压信号。由于场效应管的输入电容非常小，这种放大器的噪声特性非常好。

由于采用电荷变换成电压再滤波放大的原理，它适于配用各种电荷输出的振动冲击传感器，并可以滤除不必要的信号分量。电荷变换原理的采用，可使传感器与电荷放大器间的连线距离很长而不衰减被测信号。本系统加入了电荷灵敏度适调开关，使不同电荷灵敏度的传感器，相同的被测量（例如：加速度、力）输入具有相同大小的输出量，达到输出量归一化的目的。

AFT-0968准静态电荷放大器在航空、航天、动力、兵器、机械、建筑、电力和环境试验等领域，准静态电荷放大器是科研所、高等院校、工矿企业不可缺少的重要设备。

二、电荷放大器原理

1、压电加速度计

根据压电效应原理，压电加速度传感器是可以把机械量（作用于其上的加速度或压力）转换成电荷量的高阻抗转换器，压电加速度传感器的电荷等效电路示于图2.1

其中 Q-压电加速度计在加速度a的作用下产生的电荷

Sq-压电加速度计的电荷灵敏度

Ct-压电加速度计的固有电容

a-作用于压电加速度计上的加速度

从图2.1可看出输出反映的是电压VO，而VO

如用

从图2.1可看出，对与压电加速度计连接的电荷放大器有如下要求：

①由于压电加速度计可视为一高内阻信号源（一般达1010Ω）这就要求电荷放大器有相应高的输入阻抗。

②要求电荷放大器输出电压不受压电加速度计自身电容Ct和长电缆及等效电容的影响。

2、电荷放大器原理

电荷放大器为图2.2虚线框内所示。

电荷放大器是一种具有电容反馈的高增益运算放大器，其输出电压与压电加速计两端所产生的电荷成正比。

根据密勒效应，反馈电容折合到输入端的有效电容量是

C=（1+KO）Cf

其中KO为运放的开环增益，Cf为反馈电容。

从图2.2可看出电荷变换级的输出电压Vo为：

当Ko>>1时，（Ct+Cc）<<Cf（1+Ko），（5）式可简化为：

由（6）可看出，电荷放大器的输出电压仅由压电加速度计两端所产生的电荷和反馈电容决定，而与压电加速度计的固有电容和电缆及等效电容无关。

三、线路说明

1、电荷变换级

原理见二.2节

2、低通滤波器

由高阻抗运放组成二阶伯特沃斯滤波器具有平坦的频率特性可有效消除高频干扰信号对有效信号的影响。旋钮上示值为下降3dB±1dB频率点。

3、适调级

由适调开关和适调放大器组成，此级作用是在应用不同灵敏度的压电加速度计时，整个仪器有归一化的电压输出。

根据运算放大器原理，由图3.2可看出有

若压电加速度计电荷灵敏度在10~100pc/ms-2之间，

Cf =1000PF

①当输入电荷灵敏度为100pc/ ms-2,则适调级输入电压灵敏度为

适调开关置于9-9-9，即R31+R32=1K+9K=10KΩ

输出电压灵敏度Svo =（-1）×0.1V/ ms-2

②当Sq=86.2PC/ms-2，Cf仍为1000PF时

适调开关置于8-6-2

则 R31+R32 =8×1k+6×0.1k+2×0.01k=8.62kΩ

由上述二种情况可以看出：虽然传感器电荷灵敏度值不同，只要有相同的输入量，可以通过改变适调电阻值来改变适调放大器的放大倍数，以求得到归一化输出。

4、输出级

本级可通过波段开关转换完成×0.01, ×0.1, ×1，×10倍增益转换。

5、过荷电路

当输出级或二个放大器的电压输出峰值超过±10Vp时，过荷电路红色发光二极管发光，此时仪器为不正常运行状态，必须等发光停止时方可正常测量(如发光仍不停止应减小增益mV/UnitOut）。

四、各旋钮使用说明

1、灵敏度选择 PC/Unit (Unit为物理量单位,如 ms-2、g 、N、 Pa )

此三位拨码开关是按从左向右规定为由高位向低位设置的十进制灵敏度指示，三位拨码开关刻度示值从左到右分别按0~9 、 0~9、0~9、改变，三位拨码开关合起来可适应1-0-0至9-9-9的灵敏度变化范围,次此型电荷

放大器设置的基本灵敏度范围为1.00~9.99PC/Unit，面板上的“mV/UnitOut”旋钮上方数字0.01、0.1、1、10四挡是对应基本灵敏度范围设置的，也就是说使用的传感器灵敏度在1.00~9.99PC/Unit之间，被测信号的每个单位物理量输出电压值对应“mV/UnitOut”旋钮的指示值（0.01mV、0.1mV、1mV、10mV）。例如使用灵敏度值为6.78PC/ms-2的传感器时，把三位拨码分别置于6-7-8位置，“mV/UnitOut”旋钮指向“1”时，如果仪器输出电压为10mV，那么被测信号为10ms-2（10mV÷1mV/ms-2=10ms-2）；如“mV/UnitOut”旋钮指向“10”，被测信号不变时，此时仪器输出电压应为100mV，那么被测信号仍为10ms-2（100mV÷10mV/ms-2=10ms-2）。

如使用的传感器灵敏度范围在10.0~99.9PC/Unit间，“mV/UnitOut”旋钮上之值0.01mV、0.1mV、1mV、10mV应按分别增长10倍对待，即输出0.1mV、1mV、10mV、100mV，例如使用灵敏度值为67.8PC/ms-2传感器时，把三位拨码分别置于6-7-8位置，“mV/UnitOut”旋钮指向“1”时（此时“1”应按增大10倍看待，为10mV/ms-2），如测出此时仪器输出电压为100mV，那么被测信号为10ms-2（100mV÷10mV/ms-2=10ms-2）；如“mV/UnitOut”旋钮指向“10”（此时“10”应按增大10倍看待，为100mV/ms-2），被测信号不变时，此时仪器输出电压应为1000mV，那么被测信号仍为10ms-2（1000mV÷100mV/ms-2=10ms-2）。同理对0.1~0.999PC/ms-2范围的传感器“mV/UnitOut”旋钮上方数字应分别按缩小10倍对等。其它灵敏度范围类推。