电压放大器输出电压随电缆长度增加而下降,主要原因是?
正在打开页面…
正在打开页面…
电压放大器把压电传感器的电荷变成电压,电缆电容会分压降低灵敏度;电荷放大器用反馈电容把电荷变成电压,只要 远大于其他电容,输出就与电缆电容无关。
压电传感器可等效为一个电荷源 与自身电容 并联(或等效为电压源 与 串联)。测量电路的任务是把 转换成便于后续处理的电压。
电压放大器:传感器经电缆(电缆电容 )接到放大器输入端,输入端还有放大器输入电容 和输入电阻 。放大器的电压增益为 。此时传感器产生的电荷被 、、 共同分配。计入放大器输入电阻 的泄漏后,该分压关系只在高于电气截止频率(即 ,泄漏可忽略)且低于机械共振与放大器有效带宽的频段内近似成立;在此频段内放大器输入端的电压近似为
经放大后输出电压 。可见灵敏度与总电容成反比,电缆越长 越大, 越小,电压灵敏度越低。
电荷放大器:它是一个带有反馈电容 的高增益运算放大器。传感器电荷几乎全部流入反馈电容,输出电压近似为
其中 为输入电荷(单位 C), 为反馈电容(单位 F), 为输出电压(单位 V)。
严格推导时,放大器输入端节点存在 、、 与 的电荷分配。可得
当
时,分母中 占主导, 可忽略,于是 ,与电缆电容 近似无关(有限增益及其他输入电容非零时仍存在残余影响,只是被抑制到可忽略)。这里 为放大器开环增益, 为传感器电容, 为电缆电容, 为放大器输入电容, 为反馈电容。
| 比较项 | 电压放大器 | 电荷放大器 |
|---|---|---|
| 输入变量 | 电压(传感器等效电压) | 电荷 |
| 输出变量 | 电压 | 电压 |
| 反馈类型 | 无(或仅电压增益) | 电容负反馈 |
| 电缆敏感性 | 强,电缆增长使灵敏度下降 | 弱,满足条件时与电缆电容近似无关 |
| 灵敏度决定因素 | 总输入电容与增益 | 反馈电容 |
| 结构/成本/可靠性 | 电路简单、元件少、便宜、可靠 | 较复杂、成本较高 |
电压放大器适合电缆较短、对成本与简单性要求高的场合;电缆长度受限于灵敏度下降。电荷放大器适合电缆较长或电缆长度会变化的场合,但需保证 这一条件成立。
电压读出中Ra与Ri有限,电荷泄漏使低频幅值衰减,静态稳态为零。电荷放大器通常在Cf两端并联Rf稳定直流工作点,低频时不能继续忽略其分流;高增益电容近似不是永久静态测量保证。需按实际频段、电阻与电容核两方案,不只看同一个高频灵敏度。
基础测试统一使用选择题,先确认概念、定义和关键判断是否扎实。
电压放大器输出电压随电缆长度增加而下降,主要原因是?
电荷放大器输出与电缆电容无关的条件是?
关于两种放大器的比较,下列说法正确的是?
暂无引用。