制作电荷放大器的设计

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制作一个高质量的电荷放大器确实非常困难,首先要选取最合适的芯片,为什么一般的运放不适合做电荷放大器呢?因为电荷放大器的反馈电阻非常大,通常在150M欧姆以上,如果要制作频带响应非常好的电荷放大器,则反馈电阻必须在1G欧姆以上,甚至可能到200G欧姆。而低噪声的OP37放大器的偏流在15nA左右,足以在1G欧姆(我通常用1G欧姆的反馈电阻)的反馈电阻上产生15V的输出偏压!!!所以一般要使用JFET输入型的运放,输入偏流在30pA的LF356适合做一般性能的电荷放大器,1G的反馈电阻导致450mV的输出偏压是可以通过电容隔直耦合消除的。所以我见到过很多国产的电荷放大器里面使用这款芯片。

 

但是还有一个重要的因素是电荷放大器的电流噪声,我不喜欢用LF356做电荷放大器,因为它的电流噪声仍然有0.01pA(仍然是1G的反馈电阻),这样在输出至少因为运放的电流噪声较大的输出噪声。我们制作的ICA系列电荷放大器里面的芯片,电流噪声只有0.13fA,好一百倍。

 

即使用最好的芯片,噪声电流仍然会从电路板的四面八方传导过来,因为电路板的绝缘电阻已经显得不太绝缘了。用短路环保护运放的输入端非常必要,即使如此,可恶的噪声电流还是会通过pcb表面的污渍爬过来,比小强还顽固。电路焊接完成后,必须彻底清洗,我甚至用低温等离子火焰将器件表面的可能残留的污渍清理掉。

 

接下来是屏蔽,我曾经试过用薄薄的pcb板的下表面整面覆铜接地,而上表面用铜片焊接成一个封闭的盖子。但是实际上辐射电波可以穿透PCB铜箔影响到放大器的噪声,后来的ICA系列电荷放大器是专门定做了较厚的屏蔽盒,才完全屏蔽外界辐射干扰。

 

特殊的高阻值电阻和性能稳定的电容是做好一个性能稳定,增益准确的电荷放大器的关键,通常的聚丙烯薄膜电容已经是质量非常好的了,用于滤波和分频电路可以得到不错的效果,但是如果你将一个1微法的聚丙烯薄膜电容握在手心里面测量,会发现电容量很快增加到2微法!完全不适合作为反馈电阻。我见过国产的手持式振动测试仪里面,就是用红色的聚丙烯薄膜电容,真不知道他们是怎样检验自己的仪器|仪表的准确性的。

 

如果你也想制作一个好的电荷放大器,一定要做足功课,否则还不如直接用电压放大器来检测加速度传感器的信号,未必误差会大于一个没有仔细设计调试的电荷放大器。

 

 

 

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