原创 电荷放大器的原理

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。

1. 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

如图所示：

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。

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