Усилитель заряда

Усилитель заряда — это устройство, предназначенное для сопряжения пьезоэлектрических датчиков, которые имеют большое активное внутреннее сопротивление, с различными измерительными приборами. Идея усилителя заряда впервые была предложена и запатентована Вальтером Кистлером в 1950 году.

Рисунок 1. Схема подключения пьезоэлектрического датчика к усилителю заряда

Обозначение на рисунке 1: B — пьезоэлектрический или ёмкостный датчик; A — инвертирующий операционный усилитель с коэффициентом усиления K; C — нормирующая ёмкость; U_IN — напряжение на входе усилителя; U_OUT — напряжение на выходе усилителя.

Пьезоэлектрический датчик B подключается ко входу инвертирующего усилителя A через коаксиальный кабель или через витую пару.

Для того, чтобы устранить влияние паразитной ёмкости кабеля, который соединяет датчик и вход усилителя, используется искусственное увеличение ёмности на входе усилителя с помощью эффекта Миллера. Операционный усилитель, который входит в состав усилителя заряда, охваченный отрицательной обратной связью через ёмкость $C$, это приводит к тому, что на входе усилителя появляется дополнительная ёмкость $C_{IN}=C\cdot (K+1)$.

В случае идеального усилителя заряда напряжение на выходе усилителя $U_{OUT}(t)$ равно отношению заряда датчика $Q(t)$ к ёмкости обратной связи $C$: $U_{OUT}(t)={Q(t) \over C}$.