伊人大杳蕉在线影院75_一点不卡v中文字幕在线_黄桃AV无码免费一区二区三区_中文字幕人妻互换激情

設(shè)為主頁  加入收藏
 
·I2S數(shù)字功放IC/內(nèi)置DSP音頻算法功放芯片  ·馬達(dá)驅(qū)動(dòng)IC  ·2.1聲道單芯片D類功放IC  ·內(nèi)置DC/DC升壓模塊的D類功放IC  ·鋰電充電管理IC/快充IC  ·無線遙控方案  ·直流無刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片
當(dāng)前位置:首頁->方案設(shè)計(jì)
使用電荷放大器處理壓電加速度計(jì)輸出
文章來源:永阜康科技 更新時(shí)間:2023/4/21 11:01:00
在線咨詢:
給我發(fā)消息
張代明 3003290139
給我發(fā)消息
姚紅霞 3003214837
給我發(fā)消息
鄢先輝 2850985542
13713728695
 

壓電加速度計(jì)的背景

使用壓電元件,壓電加速度計(jì)產(chǎn)生與施加的加速度成比例的電荷輸出。電荷輸出是一種難以測量的信號類型,因?yàn)樗鼤S著時(shí)間的推移通過泄漏電阻逐漸減小。

此外,作為壓電加速度計(jì)中使用的典型傳感元件,這些傳感器會產(chǎn)生每牛頓數(shù)十或數(shù)百皮庫侖范圍內(nèi)的少量電荷。因此,通常需要信號調(diào)理電路才能成功提取加速度信息,而不會耗散任何電荷。這需要具有大輸入阻抗的放大級,以防止產(chǎn)生的電荷通過與傳感元件并聯(lián)的放大器的輸入阻抗泄漏。

事實(shí)上,盡管皮埃爾和雅克居里于 1880 年發(fā)現(xiàn)了壓電效應(yīng),但直到 1950 年代,由于缺乏具有足夠高輸入阻抗的放大器,它才具有實(shí)際用途。電荷放大器是處理壓電傳感器輸出的技術(shù)。電荷放大器將傳感器產(chǎn)生的電荷轉(zhuǎn)換為可用的電壓信號。

文章“理解和實(shí)現(xiàn)壓電傳感器系統(tǒng)的電荷放大器”和“如何設(shè)計(jì)壓電傳感器的電荷放大器”很好地介紹了電荷放大器的基礎(chǔ)知識。

下面,我們將簡要概述基本概念以及一些額外的細(xì)節(jié)。

壓電傳感器等效電路

首先,圖 1 顯示了兩個(gè)可用于模擬壓電傳感器的等效電路。


圖 1. 壓電傳感器的兩個(gè)示例電路模型 (a) (b) 及其原理圖符號 (c)。

壓電傳感元件由放置在兩個(gè)電極之間的介電材料組成。當(dāng)施加機(jī)械力時(shí),傳感器會產(chǎn)生一些電荷?紤]到這一點(diǎn),壓電加速度計(jì)可以建模為在受到加速度時(shí)自行充電的電容器。這種用法導(dǎo)致圖 1(a) 中的電路模型。在這個(gè)等效電路中,電荷源 q p與傳感器的電容 C p并聯(lián)放置。電阻器 R p模擬傳感器的絕緣電阻,為產(chǎn)生的電荷創(chuàng)建泄漏路徑。

另一方面,圖 1(b) 描繪了另一種電路模型,該模型使用與傳感器電容器串聯(lián)的電壓源來考慮產(chǎn)生的電荷的影響。開路壓電傳感元件的輸出電壓等于產(chǎn)生的電荷 q p除以電容 C p。在圖 1(b) 中,結(jié)合了 V eq以產(chǎn)生傳感器的開路電壓。,圖 1(c) 顯示了壓電傳感器的典型示意圖符號。

電荷放大器配置——確定輸出電壓

電荷放大器的基本配置如圖 2 所示。


圖 2. 顯示傳感器內(nèi)電荷放大器配置的示意圖。

在此圖中,電容器 C C  + C IN模擬電纜電容加上電荷放大器的輸入電容。當(dāng)傳感器受到加速時(shí),傳感器產(chǎn)生的電荷 q p出現(xiàn)在電容器 C p和 C C  + C IN上。

傳感器的輸出電壓試圖改變運(yùn)算放大器反相輸入的電位。但是,我們知道,由于負(fù)反饋機(jī)制和運(yùn)放的高增益,運(yùn)放的反相輸入保持在虛地。

運(yùn)算放大器實(shí)際上將一些電荷轉(zhuǎn)移到反相輸入,以使傳感器的輸出電壓為零,并將反相輸入保持在虛地。該電荷與傳感器產(chǎn)生的電荷相等,極性相反。運(yùn)算放大器通過反饋路徑提供此電荷,即通過 R F和 C F的組合。

使用適當(dāng)設(shè)計(jì)的電荷放大器,RF在感興趣的頻率范圍內(nèi)遠(yuǎn)大于 C F的阻抗。因此,C F是反饋路徑中的主要元件,放大器傳輸?shù)椒聪噍斎攵说碾姾墒峭ㄟ^反饋電容器提供的。換句話說,電荷放大器補(bǔ)償傳感器產(chǎn)生的電荷 q p ,反饋電容器 C F中具有相反極性的等量電荷。

因此,等于 C F兩端電壓的輸出電壓可計(jì)算為:

$$V_{, out} = -frac{q_{p}}{C_{F}}$$

使用電荷放大器的主要優(yōu)點(diǎn)

使用電荷放大器,傳感器兩端的電壓理想情況下為零。因此,任何與傳感器并聯(lián)的絕緣電阻,如電纜的絕緣電阻或傳感器的漏電電阻Rp,都不能流過電流。因此,傳感器產(chǎn)生的電荷不會消散。此外,輸出電壓只是反饋電容的函數(shù),因此傳感器和電纜電容不能改變電路的增益。

電荷放大器時(shí)間常數(shù)參數(shù)——反饋電阻

反饋電阻R F為放大器的反相輸入提供直流通路,并設(shè)置該節(jié)點(diǎn)的直流電壓。但是,添加此電阻器會限制測量直流(或極低頻率)加速度信號時(shí)的精度。

正如我們上面所討論的,傳感器產(chǎn)生的電荷通過電荷放大器操作轉(zhuǎn)移到反饋電容器。此電荷可通過與 C F并聯(lián)的反饋電阻器逐漸泄漏。

事實(shí)上,放大器的準(zhǔn)靜態(tài)行為由時(shí)間常數(shù)參數(shù)決定:

$$ au=R_{F}C_{F}$$

在電荷放大器的上下文中,準(zhǔn)靜態(tài)(或近靜態(tài))行為是指測量在相對較長的持續(xù)時(shí)間內(nèi)保持恒定的信號。為了測量非常低頻的信號,時(shí)間常數(shù)應(yīng)該化。

為了更好地理解時(shí)間常數(shù)參數(shù)對我們測量的影響,請考慮圖 3 中所示的波形。


圖 3.輸出電荷放大器(底部)和傳感器信號(頂部)波形。圖片由奇石樂提供。

在此圖中,頂部波形顯示傳感器產(chǎn)生的電荷,而底部波形顯示電荷放大器的輸出。在此示例中,假設(shè)充電波形具有固定的直流值以及一些高頻分量。輸入的高頻分量按預(yù)期出現(xiàn)在輸出中。然而,初接近輸入直流值的輸出直流值逐漸接近零伏。這種趨勢是由于存儲在 C F中的靜電荷通過 R F泄漏。

如您所見,經(jīng)過一個(gè) $$ au$$ 的時(shí)間間隔后,輸出的 DC 值減少到其初始值的 37%。對于某些類型的電荷放大器,可以在不同的反饋電阻值之間切換,以根據(jù)加速度信號的低頻內(nèi)容調(diào)整時(shí)間常數(shù)參數(shù)。

帶復(fù)位開關(guān)的電荷放大器

或者,一些電荷放大器包含一個(gè)復(fù)位開關(guān)而不是反饋電阻器,如圖 4 所示,這為我們提供了時(shí)間常數(shù)值。


圖 4. 顯示電荷放大器的原理圖,使用復(fù)位開關(guān),配置有傳感器。 

在進(jìn)行測量之前,打開開關(guān)以使反饋電容器放電并設(shè)置運(yùn)算放大器反相輸入的直流電壓。然后,關(guān)閉開關(guān)以開始測量階段,如圖 5 所示。


圖 5. 電荷放大器的電路操作。圖片由奇石樂提供

同樣,上部曲線顯示傳感器產(chǎn)生的電荷,下部曲線描述電荷放大器的輸出。請注意,當(dāng)開關(guān)打開時(shí),輸出為零。結(jié)果,復(fù)位開關(guān)也為隨后的測量固定了零點(diǎn)。

雖然合并一個(gè)復(fù)位開關(guān)可以化時(shí)間常數(shù),但它會使電路容易出現(xiàn)漂移現(xiàn)象。漂移是指電荷放大器輸出在一段時(shí)間內(nèi)發(fā)生的變化,而不是由被測物理參數(shù)的變化(我們討論的加速度)引起的。漂移是由幾種不同的非理想效應(yīng)引起的,例如運(yùn)算放大器的輸入偏置電流和失調(diào)電壓。

為了進(jìn)一步討論,應(yīng)該更詳細(xì)地評估反饋電阻器對放大器低頻響應(yīng)和漂移行為的影響。

 
 
 
    您可能對以下產(chǎn)品感興趣  
產(chǎn)品型號 功能介紹 兼容型號 封裝形式 工作電壓 備注
IU5180 IU5180C是一款完全集成的開關(guān)模式升降壓充電管理IC,用于1~4節(jié) 鋰離子電池和鋰聚合物電池,以及1~5節(jié)磷酸鐵鋰電池。工作電壓3.6~22V,BAT端耐壓30V;最大3A充電電流,充電電流外部電阻可調(diào) TSSOP-20 3.6V-20V 集成30V OVP功能, 3A充電電流, 1~4節(jié)鋰電池, 升降壓充電芯片
 
 
·藍(lán)牙音箱的音頻功放/升壓/充電管
·單節(jié)鋰電內(nèi)置升壓音頻功放IC選型
·HT7179 12V升24V內(nèi)置
·5V USB輸入、三節(jié)鋰電升壓型
·網(wǎng)絡(luò)主播聲卡專用耳機(jī)放大IC-H
 
M12269 河北發(fā)電機(jī)組 HT366 ACM8629 HT338 

業(yè)務(wù)洽談:手機(jī):13713728695(微信同號)   QQ:3003207580  EMAIL:panbo@szczkjgs.com   聯(lián)系人:潘波

地址:深圳市寶安西鄉(xiāng)航城大道航城創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)園A5棟307/309

版權(quán)所有:深圳市永阜康科技有限公司  備案號:粵ICP備17113496號