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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………………………………………………………………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??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/