燕山大学 电荷放大器课程设计

《燕山大学 电荷放大器课程设计》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、燕山大学电荷放大器课程设计燕山大学课程设计说明书题目：传感器转换电路仿真及电荷放大器转换电路设计学院（系）：年级专业：学号：学生姓名：指导教师：教师职称：燕山大学课程设计（论文）任务书院（系）：电气工程学院基层教学单位：自动化仪表系2011年12月26日燕山大学课程设计评审意见表燕山大学课程设计说明书目录第1章摘要…………………………………………………………………………………5第2章引言…………………………………………………………………………………6第3章基本原理……………………………………………………………………………7第4章基本电路仿真及分析………………………………

2、………………………………9第5章电荷放大器的设计………………………………………………………………15第6章误差分析…………………………………………………………………………16心得体会……………………………………………………………………………………16参考文献……………………………………………………………………………………17燕山大学课程设计说明书第1章摘要电荷放大器作为一种将电荷信号转换成电压信号的放大器,用做传感器的转换电路,被广泛地应用在自动控制测量领域。本文从电荷放大器的基本设计电路及原理出发，深刻理解电荷放大器的电路结构设计与参数分析，了解了电荷放大器在传感器中

3、的实际应用。同时通过电路的仿真设计与调试以及实际电路板的焊接,验证了该电路的可行性和可靠性。通过设计，掌握了电路设计的基本方法与技能，达到了课程设计的目的。燕山大学课程设计说明书第2章引言电荷放大器作为组成压电传感器测试系统中的重要部分得到了越来越广泛的应用，在配合电子测压使用的电荷放大器的研制工作中。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。电荷放大器把电荷量变成与之相应的输出电压，要求输入阻抗极高，输出对输入具有良好的积分关系。电荷放大器有线路简单，线性度和稳定性好等特点，因此对电荷放大器转换电路的研

4、究与设计十分必要。电荷放大器的原理是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。本文利用Multisim软件对电荷放大器的电荷变换单元进行了仿真，得出了与理论分析相吻合的结论，对电荷放大器的研制提供了理论依据。燕山大学课程设计说明书第3章基本原理电荷放大器的基本电路如图2所示，压电晶体受到压力作用产生电荷Q；Ca是传感器级间电容，Qa是此时充到Ca中的电荷；Cc是传感器传输电缆的电容，Qc是此时充到Cc中的电荷，Gc是输入电缆漏电导；Ci是电荷放大器的输入电容，Qi是此时充到Ci中的电荷，Gi是放大器的输

5、入电导；Ud是此时在运算放大器反相输入端上产生的差动电压；Cf是电荷放大器的反馈电容，作用到Cf两端的电压是Ud和输出电压U0的差值，Qf是此时充入Cf的电荷，Gf是放大器的反馈电导；运算放大器的开环系数为A，由于电压是反向输入，所以：U0=-A×Ud因此作用在Cf两端的电压为：Ucf=Ud-（-A×Ud）=Ud×（1+A）假设反馈电阻Rf的阻值为无限大：Q=Qa+Qc+Qi+Qf=Ud×（Ca+Cc+Ci+（1+A）Cf）所以Ud=Q/(Ca+Cc+(1+A)Cf)UO=-Q/Cf在精度的范围内可以忽略部分数量级小的部分，可以认为：UO=-Q/Cf根据传感器的电荷灵敏

6、度、量程和反馈的电容计算出输出的最大电压。燕山大学课程设计说明书电荷放大器的仿真电路图如下：输出波形如下：燕山大学课程设计说明书第4章基本电路仿真及分析4.1比例放大电路4.1.1电路设计4.1.2输出波形4.1.3结果分析比例放大器设置的放大倍数为-5倍，信号源的幅值为500MV，频率为1KHZ，UO=-(R1/R2)UI仿真波形如上所示，波形与预期结果相符合。燕山大学课程设计说明书4.2差动放大器电路4.2.1电路设计4.2.2输出及分析所示电路是用来实现两个电压相减的求差电路，从电路结构上看，它是反相输入和同相输入相结合的放大电路。在理想运放的条件下，利用虚短和虚

7、断的概念，有(V1-V2)→0，Ii→0。分析电路得输出电压为VO=R4/R3(UI2-UI1)，代入图中参数求得输出电压为10V，所得结果满足电路原理输出要求，验证电路设计的正确性。燕山大学课程设计说明书4.3交流电桥4.3.1电路设计4.3.2电路原理分析:对于交流电桥，由于应变片连接导线的分布电容，相当于在应变片上并联了一个电容，在调节平衡时，除了使用电阻平衡装置外还要使用电容平衡装置。满足平衡条件Z1Z4?Z2Z314?1??4??2??交流电桥平衡要满足两个条件，即相对两臂复阻抗的模的积相等并且其幅角之和相等。单臂电桥的输出电压