应用设计

一种具有ＡＧ

Ｃ功能的电荷

放大电路的设计

在水下爆炸信号采集系统中，所

采用的ＡＤ芯片只有输入在２ＶＰ—Ｐ时，

才能输出最大的有效位数与较高的信

噪比。本文设计的前端调理电路借鉴

数字通信接收系统及音视频传输系统

中的自动增益控制功能，把它应用在

本次电荷调理放大电路中。当输入信

号电平幅度在很大范围内变化，使输

出信号幅度保持恒定或仅在较小范围

内变化。实验所用的传感器与炸点的

距离不同，所以输出的信号幅值也会

有所不同，而对测试电路进行满量程

测量可以提高测试精度，因此通过自

动增益的方法来控制增益的大小，从

而使输出信号满足量程。本次设计的

电荷放大电路设计框图如图ｌ所示，

电荷放大器的分析

本次设计所用的传感器为美国

ＰＣＢ公司的１３８Ａ水下冲击波压电式

传感器，针对压电式传感器，通常其

阿

中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室鄄旭飞

前置放大电路主要有两种，分别是电

压放大器和电荷放大器，但是电压放

大器存在很多不足如容易受到输入电

缆长度的影响，常用于实验室的测试

中，很少应用与实际的工程中。而电

荷放大器克服了电压放大器的诸多不

足，但是电荷放大器的噪声也是影响

放大信号的重要因素，图２为压电式传

感器与电荷放大器等效电路。

ｆ’．．

图２电荷放大器等效电路

图２是将噪声和零点漂移等效到输

入端的等效输入电路。Ｕ。与Ｕ。。分别是

等效输入噪声电压和等效输入失调电

压。将输入电荷Ｑ及等效零点漂移电

压Ｕ。。等于零，则由电路理论可得，

０【『ｄｃｃ＋ｃＪ）＋ＧＩ＋ｑ】＝ｋ一％ｂ吗＋Ｇ，）（１）

在∞（Ｃ

ｃ＋Ｃ

ｓ）＞＞Ｇ

ｉ＋Ｇ

ｃ，

图１

电荷放大电路结构框图

（１）Ｃｆ＞＞Ｇ，的前提条件下，则式（１）

可化简为：

吒＝（－＋等卜㈤

由式（２）得，当Ｕ。一定时，Ｃ。

和Ｃ。越小，Ｃ越大，输出噪声电压Ｕ。。

越小；当输入电缆越长，反馈电容越

小，则相应噪声电压Ｕ。的增益越大，

在输出端引起的噪声电压Ｕ。。也就越

大。

由图２等效电路，同理可分析电荷

放大器的零点漂移，即将Ｑ及Ｕ。等于

零，则有：

％＝（１＋骂掣笋卜㈤

因为零点漂移是一种变化缓慢的

的信号，所以ｆ＝０，代入式（３），可

得：

％＝（１＋等卜

㈤

由式（４）可知，若要减小电荷放

大器的零点漂移，必须使Ｇ。、Ｇ。小，

也就是要提高放大器的输入电阻及绝

缘电阻，同时要增大Ｇ，，即减小反馈

电阻Ｒ，。综合各方面的因素考虑，本

次电荷放大器选用ＯＰＡ２３０１为运算放