高频响电荷放大级的研究.docx

高频响应电荷放大级的研究 概括 压电传感器可以将待测的非电量转换为便于后续电路测量的电信号，具有体积小、可靠性高、灵敏度高等优良性能，因此被广泛应用于动态测试中。电荷放大器是压电传感器后续测量电路中不可缺少的部分。电荷放大级是其核心部件。由于其高电阻，电荷放大器级可以拾取压电传感器产生的微弱电荷。并输出与充电量成正比的电压。本文重点研究电荷放大级的高频响应，包括以下几个方面： 1）介绍压电晶体的压电效应，压电传感器的工作原理和灵敏度系数，研究压电传感器的等效电路，分析压电传感器的测量电路原理。 2）详细阐述了电荷放大器各电路模块的设计，指出了它们的功能和工作方法，并分析了它们的传递函数。 3）详细分析了高频响应电荷放大级的原理，得出了运放的开环增益对其高频响应的重要影响。同时对运放的动态特性进行了研究以支持这一观点，以及由不同运放芯片OPA340和OPA301组成的两个电荷放大级的不同高频响应性能。 4）从测试系统工作频段的角度，分析了不同运放组成的电荷放大级工作频段的差异，并在数学软件Mathcad下进行了仿真验证。 5)初步分析研究了电荷放大级的低频响应。 6）通过以上理论分析和仿真，设计制作了电荷放大级的实际电路，得到了一系列对应的实测数据，并将实测数据与理论分析进行了对比讨论。 关键词：压电传感器、电荷放大级、高频响应、Mathcad 目录 TOC \o 1-3 \h \z \u 1简介 1.1 本文选题的命题、目的及理论意义 1 1.2 国外研究现状及发展趋势 3 1.3 本文研究重点 4 2.压电传感器原理分析及电荷放大器电路模块设计 2.1 压电传感器原理分析 6 2.1.1简介 6 2.1.2晶体的压电效应 6 2.1.3压电传感器的工作原理 9 2.1.4压电传感器结构 10 2.1.5压电传感器等效电路 12 2.2压电传感器测量电路原理分析 13 2.2.1电压放大器 14 2.3电荷放大器各电路模块的设计 15 2.3.1电荷放大阶段 16 2.3.2归一化级电路设计 19 2.3.3有源滤波电路模块设计 22 2.3.4输出放大电路 27 2.3.5过载指示电路 27 3高频响应电荷放大级关键技术研究 3.1简介 30 3.2高频响应电荷放大级原理详解 30 3.3运算放大器的动态特性研究 32 OPA340芯片仿真分析及仿真曲线 34 OPA301芯片仿真分析及仿真曲线 45 3.4电荷放大级高频响应及其工作频段研究 52 3.4.1测试系统动态的重要指标——工作频段 53 3.4.2测试系统的频率响应特性 53 3.4.3模拟电荷放大级的高频响应 56 3.5电荷放大级低频响应研究 60 3.6章节总结 63 4高频响应电荷放大级的实验验证 4.1实验设计 64 4.2实测数据与分析 67 4.3章节总结 72 5总结与展望 5.1本文总结 73 5.2本文创新点 73 5.3第73条的缺陷和前景 参考 硕士期间发表论文并参与科学研究 至 1简介 1.1本论文的命题、目的及理论意义 进入21世纪，随着科学技术的飞速发展和生产要求的不断提高，许多工程实践场合越来越需要动态测量，即在许多瞬态过程中定量、定性、深刻地掌握和识别各种基本参数。过程。改变法律。动态存储测试在这一应用背景下取得了飞速发展，并将在未来的测试科学和测试实践中继续发挥非常关键的作用[1,2] 。 存储测试技术经过近 20 年的发展，可广泛应用于各种恶劣环境下的实验测试方法[3] 。该存储测试系统具有体积小、功耗低的特点。在对被测过程影响不大的情况下，可以跟随被测对象在实际测量环境中完成一个记录过程。以这种方式获取测试数据可以最大程度地还原被测物理量的动态变化过程[4,5] 。因此，存储测试技术在现代工程实践中得到了广泛的应用和发展。 在动态测试中，需要先将被测的非电信号转换成电信号，在这个过程中多使用压电传感器。常见的压电传感器包括压电加速度计[6]，用于测试振动和冲击过程的动态参数。压电加速度计广泛用于测量各种碰撞、冲击和爆炸过程中的瞬态过程参数。 压电传感器可以测量实际生产和生活中的许多基本和实用参数。例如，可以通过测量重力引起的加速度变化来获得物体相对于水平面的角度；通过分析物体的动态加速度，可以测量物体的运动方向和速度[7] 。 压电传感器在日常生活中的商用数码产品中也得到越来越多、越来越好的应用。例如，必威体育精装版的IBM Thinkpad笔记本电脑带有加速度传感器，可以根据各种使用环境的情况分析电脑的振动情况，对电脑硬盘采取即时保护；它还安装在数码相机和 DV