Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Кіріспе
Зарядты күшейткіш – кіріс тогының интегралдық мәніне немесе енгізілген жалпы зарядқа пропорционалды шығыс кернеуін тудыратын электрондық ток интеграторы. Күшейткіш кіріс тогын кері байланыс эталондық конденсаторы арқылы теңестіреді және шығыс кернеуін эталондық конденсатордың мәніне кері пропорционалды, бірақ белгіленген уақыт кезеңінде ағып өткен кіріс зарядының жалпы көлеміне пропорционалды етеді. Схема, демек, зарядты кернеуге түрлендіргіш ретінде әрекет етеді. Схеманың күшейту коэффициенті кері байланыс конденсаторының мәніне байланысты. Зарядты күшейткішті 1950 жылы Уолтер Кистлер ойлап тапты.
A charge amplifier is an electronic current integrator that produces a voltage output proportional to the integrated value of the input current, or the total charge injected. The amplifier offsets the input current using a feedback reference capacitor, and produces an output voltage inversely proportional to the value of the reference capacitor but proportional to the total input charge flowing during the specified time period. The circuit therefore acts as a charge to voltage converter. The gain of the circuit depends on the values of the feedback capacitor. The charge amplifier was invented by Walter Kistler in 1950.
Дизайн
Зарядты күшейткіштер әдетте операциялық күшейткіш немесе басқа жоғары күшейтуге ие жартылай өткізгіш тізбегін, теріс кері байланыс конденсаторы Cf-пен қолдана отырып құрастырылады. Кіріс заряды qin және шығыстан кері байланыс заряды qf инверсиялық түйіске ағылады. Кирхгофтың тізбек заңдарына сәйкес, олар бір-бірін толықтай өтестіреді. Кіріс заряды мен шығыс кернеуі кері таңбамен пропорционалды. Кері байланыс конденсаторы Cf күшейтуді анықтайды. Тізбектің кіріс кедергісі Миллер эффектісінің салдарынан дерлік нөлге тең. Сондықтан, барлық шалақ сыйымдылықтар (кабель сыйымдылығы, күшейткіштің кіріс сыйымдылығы және т.б.) тікелей жерге қосылады және шығыс сигналына ешқандай әсер етпейді. Кері байланыс резисторы Rf конденсаторды разрядтайды. Rf болмаған жағдайда, тұрақты ток күшейтуі өте жоғары болар еді, сондықтан операциялық күшейткіштің тіпті кішкентай тұрақты ток кіріс смещениясы шығыста күшейтілген күйінде көрінер еді. Rf және Cf заряд күшейткішінің ең төменгі жиілік шегін анықтайды. Жоғарыда аталған тұрақты ток эффектілері және практикалық заряд күшейткіштеріндегі шекті оқшаулау кедергілерінің болуына байланысты, тізбек статикалық зарядтарды өлшеуге жарамсыз. Дегенмен, жоғары сапалы заряд күшейткіштері 0,1 Гц төмен жиіліктерде квазистатикалық өлшемдерді жүргізуге мүмкіндік береді. Кейбір өндірушілер өлшеуден бұрын Cf-ті қолмен разрядтау үшін Rf орнына қайта орналастыру түймесін пайдаланады. Практикалық заряд күшейткіштеріне әдетте қосымша кезеңдер кіреді, мысалы, кернеу күшейткіштері, түрлендіргіш сезімталдығын реттеу, жоғары және төмен өткізгіш сүзгілер, интеграторлар және деңгейді бақылау тізбектері. Заряд күшейткішінің кірісіндегі заряд сигналдары кейде fC (FemtoCoulomb = 10−15C) шамасында төмен болуы мүмкін. Коаксиалды сенсорлық кабельдердің паразиттік әсері – кабель иілген кезде зарядтың ығысуы. Кабельдің тіпті шамалы қозғалысы да сенсор сигналынан ажыратылмайтын айтарлықтай заряд сигналдарын тудыруы мүмкін. Мұндай әсерлерді азайту үшін ішкі оқшаулаудың өткізгіш қабаты бар арнайы төмен шулы кабельдер әзірленген.
Charge amplifiers are usually constructed using an operational amplifier or other high gain semiconductor circuit with a negative feedback capacitor Cf. Into the inverting node flow the input charge signal qin and the feedback charge qf from the output. According to Kirchhoff's circuit laws they compensate each other. The input charge and the output voltage are proportional with inverted sign. The feedback capacitor Cf sets the amplification. The input impedance of the circuit is almost zero because of the Miller effect. Hence all the stray capacitances (the cable capacitance, the amplifier input capacitance, etc.) are virtually grounded and they have no influence on the output signal. The feedback resistor Rf discharges the capacitor. Without Rf the DC gain would be very high so that even the tiny DC input offset current of the operational amplifier would appear highly amplified at the output. Rf and Cf set the lower frequency limit of the charge amplifier. Due to the described DC effects and the finite isolation resistances in practical charge amplifiers the circuit is not suitable for the measurement of static charges. High quality charge amplifiers allow, however, quasistatic measurements at frequencies below 0.1 Hz. Some manufacturers also use a reset switch instead of Rf to manually discharge Cf before a measurement. Practical charge amplifiers usually include additional stages like voltage amplifiers, transducer sensitivity adjustment, high and low pass filters, integrators and level monitoring circuits. The charge signals at the input of a charge amplifier can be as low as some fC (FemtoCoulomb = 10−15C). A parasitic effect of common coaxial sensor cables is a charge shift when the cable is bent. Even slight cable motion may produce considerable charge signals which cannot be distinguished from the sensor signal. Special low noise cables with a conductive coating of the inner isolation have been developed to minimize such effects.