第6章 壓電式傳感器

1、第第6章章 壓電式傳感器壓電式傳感器等效電路及測(cè)量電路等效電路及測(cè)量電路1.2第第6章章 壓電式傳感器壓電式傳感器壓電效應(yīng)及材料壓電效應(yīng)及材料6.16.26.3壓電傳感器的應(yīng)用壓電傳感器的應(yīng)用第一節(jié)第一節(jié) 壓電效應(yīng)壓電效應(yīng) 某些電介質(zhì)某些電介質(zhì), , 當(dāng)沿著一定方向?qū)ζ涫┝Χ顾儺?dāng)沿著一定方向?qū)ζ涫┝Χ顾冃螘r(shí)形時(shí), , 其內(nèi)部就產(chǎn)生極化現(xiàn)象（內(nèi)部正負(fù)電荷中心其內(nèi)部就產(chǎn)生極化現(xiàn)象（內(nèi)部正負(fù)電荷中心相對(duì)位移）相對(duì)位移）, , 同時(shí)在它的兩個(gè)表面上便產(chǎn)生符號(hào)相同時(shí)在它的兩個(gè)表面上便產(chǎn)生符號(hào)相反的電荷反的電荷, , 當(dāng)外力去掉后當(dāng)外力去掉后, , 其又重新恢復(fù)到不帶電其又重新恢復(fù)到不帶電狀態(tài)，狀

2、態(tài)， 這種現(xiàn)象稱(chēng)這種現(xiàn)象稱(chēng)壓電效應(yīng)壓電效應(yīng)。當(dāng)作用力方向改變。當(dāng)作用力方向改變時(shí)時(shí), , 電荷的極性也隨之改變。電荷的極性也隨之改變。 這種機(jī)械能轉(zhuǎn)換為這種機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能的現(xiàn)象電能的現(xiàn)象, , 稱(chēng)為稱(chēng)為“正壓電效應(yīng)正壓電效應(yīng)” ” 。v壓電效應(yīng)壓電效應(yīng) 當(dāng)在電介質(zhì)極化方向施加電場(chǎng)當(dāng)在電介質(zhì)極化方向施加電場(chǎng), , 這些電介質(zhì)也會(huì)這些電介質(zhì)也會(huì)產(chǎn)生機(jī)械變形；在撤掉外加電場(chǎng)時(shí)，機(jī)械變形也隨產(chǎn)生機(jī)械變形；在撤掉外加電場(chǎng)時(shí)，機(jī)械變形也隨之消失。這種電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的現(xiàn)象之消失。這種電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的現(xiàn)象, , 稱(chēng)為稱(chēng)為“逆逆壓電效應(yīng)壓電效應(yīng)”（電致伸縮效應(yīng)電致伸縮效應(yīng)）。）。具有壓電效應(yīng)的材料稱(chēng)為具有

3、壓電效應(yīng)的材料稱(chēng)為壓電材料壓電材料, , 壓電材料能實(shí)壓電材料能實(shí)現(xiàn)機(jī)現(xiàn)機(jī)電能量的相互轉(zhuǎn)換。電能量的相互轉(zhuǎn)換。v石英晶體的壓電效應(yīng)石英晶體的壓電效應(yīng)石英晶體是屬于六角晶石英晶體是屬于六角晶系，有三個(gè)晶軸：系，有三個(gè)晶軸：Z軸又稱(chēng)光軸軸又稱(chēng)光軸，它與晶體的縱軸線(xiàn)方向一致；它與晶體的縱軸線(xiàn)方向一致；X軸又稱(chēng)電軸軸又稱(chēng)電軸，它通過(guò)六，它通過(guò)六面體相對(duì)的兩個(gè)棱線(xiàn)并垂直于光軸；面體相對(duì)的兩個(gè)棱線(xiàn)并垂直于光軸；y軸又稱(chēng)機(jī)械軸軸又稱(chēng)機(jī)械軸，它垂直于兩個(gè)相對(duì)的晶柱棱面。它垂直于兩個(gè)相對(duì)的晶柱棱面。 從晶體上沿從晶體上沿XYZ軸線(xiàn)切下一片平行六面體的薄片稱(chēng)為軸線(xiàn)切下一片平行六面體的薄片稱(chēng)為晶晶體切片體切片。當(dāng)沿

4、著。當(dāng)沿著X軸對(duì)壓電晶片施加力軸對(duì)壓電晶片施加力Fx時(shí)，晶片將產(chǎn)生時(shí)，晶片將產(chǎn)生厚度變形，并在垂直于厚度變形，并在垂直于X軸的表面上產(chǎn)生電荷軸的表面上產(chǎn)生電荷Qx，大小，大小為為極間電壓為極間電壓為xxFdQ 11xxxxxFCdCQU 11式中式中: d11x方向受力的壓電系數(shù)；方向受力的壓電系數(shù)；Cx晶片電容晶片電容 當(dāng)晶片受到當(dāng)晶片受到X 向的壓力作用時(shí)，向的壓力作用時(shí)，Qx 與作用力與作用力Fx成正成正比比，而與晶片的，而與晶片的幾何尺寸無(wú)關(guān)幾何尺寸無(wú)關(guān)。如果作用力。如果作用力Fx改為改為拉力時(shí)，則在垂直于拉力時(shí)，則在垂直于X軸的平面上仍出現(xiàn)等量電荷，軸的平面上仍出現(xiàn)等量電荷，但但極性

5、相反極性相反。 把沿電軸方向的力作用下產(chǎn)生電荷的壓電效應(yīng)稱(chēng)為把沿電軸方向的力作用下產(chǎn)生電荷的壓電效應(yīng)稱(chēng)為縱向壓電效應(yīng)縱向壓電效應(yīng)。xxFdQ 11當(dāng)沿著當(dāng)沿著y軸對(duì)壓電晶片施加力軸對(duì)壓電晶片施加力Fy時(shí)，晶片將產(chǎn)生長(zhǎng)度變形，時(shí)，晶片將產(chǎn)生長(zhǎng)度變形，電荷電荷 Qy仍然出現(xiàn)在于仍然出現(xiàn)在于X軸垂直的表面上軸垂直的表面上，大小為，大小為yyFabdQ 12 式中式中: d12y方向受力的壓電系方向受力的壓電系數(shù)，根據(jù)軸對(duì)稱(chēng)條件，數(shù)，根據(jù)軸對(duì)稱(chēng)條件， d12 =- -d11yyFabdQ 11 當(dāng)晶片受到當(dāng)晶片受到y(tǒng) 向的壓力作用時(shí)，向的壓力作用時(shí)，Qy 與晶片的與晶片的幾何尺寸有關(guān)幾何尺寸有關(guān)。 把

6、沿機(jī)械軸方向的力作用下產(chǎn)生電荷的壓電效應(yīng)稱(chēng)為把沿機(jī)械軸方向的力作用下產(chǎn)生電荷的壓電效應(yīng)稱(chēng)為橫向橫向壓電效應(yīng)壓電效應(yīng)。 當(dāng)沿當(dāng)沿光軸方向光軸方向?qū)κ⒕w施加作用力對(duì)石英晶體施加作用力Fz時(shí)，晶時(shí)，晶體表面體表面沒(méi)有電荷出現(xiàn)沒(méi)有電荷出現(xiàn)。 壓電效應(yīng)的物理解釋壓電效應(yīng)的物理解釋 石英晶體石英晶體SiO2，3個(gè)硅離子個(gè)硅離子Si4+離子離子, 6個(gè)氧離個(gè)氧離子子O2-。兩兩成對(duì)。微觀分子結(jié)構(gòu)為一個(gè)正。兩兩成對(duì)。微觀分子結(jié)構(gòu)為一個(gè)正六邊形。垂直于六邊形。垂直于X軸端面有無(wú)數(shù)個(gè)此分子結(jié)軸端面有無(wú)數(shù)個(gè)此分子結(jié)構(gòu)。構(gòu)。（1）未受外力作用時(shí)）未受外力作用時(shí), 正、正、負(fù)離子正好分布在正六邊負(fù)離子正好分布在正六

7、邊形的頂角上形的頂角上, 形成三個(gè)互成形成三個(gè)互成120夾角的電偶極矩夾角的電偶極矩P1、 P2、P3。 如圖如圖 a所示。所示。P1+ P2+P3=0。正負(fù)電荷中正負(fù)電荷中心重合心重合，晶體垂直，晶體垂直X軸表面軸表面不不產(chǎn)生電荷產(chǎn)生電荷。呈中性呈中性。（2）受）受x軸方向的壓力作用軸方向的壓力作用時(shí)時(shí), 晶體沿晶體沿x方向?qū)a(chǎn)生壓縮方向?qū)a(chǎn)生壓縮變形變形, 正負(fù)離子的相對(duì)位置正負(fù)離子的相對(duì)位置也隨之變動(dòng)。如圖所示也隨之變動(dòng)。如圖所示, 此此時(shí)時(shí)正負(fù)電荷重心不再重合正負(fù)電荷重心不再重合, 電偶極矩在電偶極矩在x方向上的分量方向上的分量, 即（即（P1+P2+P3）0 。當(dāng)晶體沿當(dāng)晶體沿y方向

8、方向受到作用力受到作用力時(shí)，時(shí)，電荷將出現(xiàn)在電荷將出現(xiàn)在x軸方向軸方向上上, 在在y軸和軸和z軸方向上不出軸方向上不出現(xiàn)電荷?，F(xiàn)電荷。（4）當(dāng)晶體在）當(dāng)晶體在z方向方向受到外力時(shí)，晶體在受到外力時(shí)，晶體在x軸軸和和y軸方向上的變形相同，軸方向上的變形相同，正負(fù)電荷中心重正負(fù)電荷中心重合合。因此沿。因此沿 z 軸方向施加外力時(shí)，壓電晶軸方向施加外力時(shí)，壓電晶體體不產(chǎn)生壓電效應(yīng)不產(chǎn)生壓電效應(yīng)。石英晶片受壓力或拉力時(shí)，電荷的極性如下圖所示。 晶片受力方向與電荷極性的關(guān)系晶片受力方向與電荷極性的關(guān)系 當(dāng)晶片受到當(dāng)晶片受到x方向的壓力作用時(shí)，方向的壓力作用時(shí)，qx只與作用力只與作用力x成成正比正比，而與

9、晶片的而與晶片的幾何尺寸無(wú)關(guān)幾何尺寸無(wú)關(guān)； 沿機(jī)械軸沿機(jī)械軸y方向向晶片施加壓力時(shí)，產(chǎn)生的電荷是與方向向晶片施加壓力時(shí)，產(chǎn)生的電荷是與幾幾何尺寸有關(guān)的何尺寸有關(guān)的； 石英晶體石英晶體不是在任何方向不是在任何方向都存在壓電效應(yīng)的；都存在壓電效應(yīng)的； 晶體在哪個(gè)方向上有正壓電效應(yīng)，則在此方向上一定存晶體在哪個(gè)方向上有正壓電效應(yīng)，則在此方向上一定存在在逆壓電效逆壓電效應(yīng)；應(yīng)； 無(wú)論是正或逆壓電效應(yīng)，其作用力（或應(yīng)變）與電荷無(wú)論是正或逆壓電效應(yīng)，其作用力（或應(yīng)變）與電荷（或電場(chǎng)強(qiáng)度）之間皆（或電場(chǎng)強(qiáng)度）之間皆呈線(xiàn)性關(guān)系呈線(xiàn)性關(guān)系。 壓電陶瓷是人工多晶鐵電體，原始的壓電陶瓷呈現(xiàn)各向壓電陶瓷是人工多晶鐵電

10、體，原始的壓電陶瓷呈現(xiàn)各向同性不具有壓電性。在同性不具有壓電性。在無(wú)外電場(chǎng)無(wú)外電場(chǎng)作用時(shí)，電疇在晶體中作用時(shí)，電疇在晶體中雜亂分布，它們各自的極化效應(yīng)被雜亂分布，它們各自的極化效應(yīng)被相互抵消相互抵消，壓電陶瓷，壓電陶瓷內(nèi)內(nèi)極化強(qiáng)度為極化強(qiáng)度為零。因此原始的壓電陶瓷呈零。因此原始的壓電陶瓷呈中性中性，不具有不具有壓電性質(zhì)壓電性質(zhì)。 伸長(zhǎng)直流電橋剩余伸長(zhǎng)剩余極化a)極化前 b)極化 c)極化后v壓電陶瓷的壓電效應(yīng)壓電陶瓷的壓電效應(yīng)由于經(jīng)過(guò)極化處理的壓電陶瓷其內(nèi)部極化強(qiáng)度不為由于經(jīng)過(guò)極化處理的壓電陶瓷其內(nèi)部極化強(qiáng)度不為0 0，即在陶瓷的，即在陶瓷的一端出現(xiàn)正束縛電荷一端出現(xiàn)正束縛電荷，另一端出現(xiàn)負(fù)束

11、另一端出現(xiàn)負(fù)束縛電荷縛電荷。由于束縛電荷的作用，在陶瓷片的電極面上。由于束縛電荷的作用，在陶瓷片的電極面上吸附了一層來(lái)自外界的吸附了一層來(lái)自外界的自由電荷自由電荷。這些自由電荷與陶。這些自由電荷與陶瓷片內(nèi)的束縛電荷瓷片內(nèi)的束縛電荷符號(hào)相反而數(shù)量相等符號(hào)相反而數(shù)量相等。所以整體上。所以整體上表現(xiàn)為表現(xiàn)為電中性電中性。 自由電荷束縛電荷電極電極極化方向陶瓷片內(nèi)束縛電荷與電極上吸附的自由電荷示意圖如果在陶瓷片上加一個(gè)與極化方向平行的壓力如果在陶瓷片上加一個(gè)與極化方向平行的壓力F，如圖，如圖，陶瓷片將產(chǎn)生陶瓷片將產(chǎn)生壓縮形變壓縮形變，片內(nèi)的正、負(fù)束縛電荷之間的，片內(nèi)的正、負(fù)束縛電荷之間的距距離變小離變

12、小，極化強(qiáng)度也變小極化強(qiáng)度也變小。因此，原來(lái)吸附在電極上的自。因此，原來(lái)吸附在電極上的自由電荷，有一部分被由電荷，有一部分被釋放釋放，而出現(xiàn)放電荷現(xiàn)象。，而出現(xiàn)放電荷現(xiàn)象。當(dāng)壓力撤消后，陶瓷片恢復(fù)原狀，片內(nèi)的正、負(fù)電荷之當(dāng)壓力撤消后，陶瓷片恢復(fù)原狀，片內(nèi)的正、負(fù)電荷之 極化方向正壓電效應(yīng)示意圖（實(shí)線(xiàn)代表形變前的情況，虛線(xiàn)代表形變后的情況）F 間的間的距離變大距離變大，極化強(qiáng)度也變，極化強(qiáng)度也變大，因此電極上又大，因此電極上又吸附吸附一部分一部分自由電荷而出現(xiàn)充電現(xiàn)象。自由電荷而出現(xiàn)充電現(xiàn)象。 這種由機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿默F(xiàn)這種由機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿默F(xiàn)象，就是象，就是正壓電效應(yīng)正壓電效應(yīng)。 同樣，若在

13、陶瓷片上加一個(gè)與極化方向相同的電場(chǎng)，如圖，同樣，若在陶瓷片上加一個(gè)與極化方向相同的電場(chǎng)，如圖，由于電場(chǎng)的方向與極化強(qiáng)度的方向相同，所以電場(chǎng)的作用由于電場(chǎng)的方向與極化強(qiáng)度的方向相同，所以電場(chǎng)的作用使使極化強(qiáng)度增大極化強(qiáng)度增大。這時(shí)，陶瓷片內(nèi)的正負(fù)束縛電荷之間。這時(shí)，陶瓷片內(nèi)的正負(fù)束縛電荷之間距距離也增大離也增大，就是說(shuō)，陶瓷片沿極化方向產(chǎn)生，就是說(shuō)，陶瓷片沿極化方向產(chǎn)生伸長(zhǎng)形變伸長(zhǎng)形變。同理，如果外加電場(chǎng)的方向與極化方向相反，則陶瓷片沿同理，如果外加電場(chǎng)的方向與極化方向相反，則陶瓷片沿極化方向產(chǎn)生極化方向產(chǎn)生縮短形變縮短形變。 極化方向電場(chǎng)方向 這種將電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能這種將電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的現(xiàn)象

14、，就是的現(xiàn)象，就是逆壓電效應(yīng)逆壓電效應(yīng)。種類(lèi)種類(lèi)：n壓電單晶體壓電單晶體，如石英等；，如石英等；n壓電陶瓷壓電陶瓷，如鈦酸鋇、鋯鈦酸鉛等；，如鈦酸鋇、鋯鈦酸鉛等；n壓電半導(dǎo)體壓電半導(dǎo)體，如硫化鋅、碲化鎘等。，如硫化鋅、碲化鎘等。 對(duì)壓電材料特性要求：對(duì)壓電材料特性要求： 轉(zhuǎn)換性能轉(zhuǎn)換性能。要求具有較大壓電常數(shù)。要求具有較大壓電常數(shù)。 機(jī)械性能機(jī)械性能。希望它的機(jī)械強(qiáng)度高、剛度大，以期獲得寬的線(xiàn)。希望它的機(jī)械強(qiáng)度高、剛度大，以期獲得寬的線(xiàn)性范圍和高的固有振動(dòng)頻率。性范圍和高的固有振動(dòng)頻率。 電性能電性能。希望具有高電阻率和大介電常數(shù)，以減弱外部分布。希望具有高電阻率和大介電常數(shù)，以減弱外部分布電

15、容的影響并獲得良好的低頻特性。電容的影響并獲得良好的低頻特性。 環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)。溫度和濕度穩(wěn)定性要好，要求具有較高的居。溫度和濕度穩(wěn)定性要好，要求具有較高的居里點(diǎn)，獲得較寬的工作溫度范圍。里點(diǎn)，獲得較寬的工作溫度范圍。 時(shí)間穩(wěn)定性時(shí)間穩(wěn)定性。要求壓電性能不隨時(shí)間變化。要求壓電性能不隨時(shí)間變化。 v壓電材料壓電材料一、一、等效電路等效電路 壓電傳感器在受外力作用時(shí)，在兩個(gè)電極表面將要聚集電壓電傳感器在受外力作用時(shí)，在兩個(gè)電極表面將要聚集電荷，且電荷量相等，極性相反。這時(shí)它相當(dāng)于一個(gè)以壓電材荷，且電荷量相等，極性相反。這時(shí)它相當(dāng)于一個(gè)以壓電材料為電介質(zhì)的電容器，其電容量為料為電介質(zhì)的電容

16、器，其電容量為 式中：式中：0為真空介電常數(shù)；為真空介電常數(shù)；為壓電材料的相對(duì)介電常數(shù)；為壓電材料的相對(duì)介電常數(shù)；d 為壓電元件的厚度；為壓電元件的厚度；A 為壓電元件極板面積。為壓電元件極板面積。 dACa0第二節(jié)第二節(jié) 等效電路和測(cè)量電路等效電路和測(cè)量電路因此可以把壓電式傳感器等效成一個(gè)與電容相并聯(lián)的因此可以把壓電式傳感器等效成一個(gè)與電容相并聯(lián)的電電荷源荷源，如圖，如圖a所示，也可以等效為一個(gè)所示，也可以等效為一個(gè)電壓源電壓源，如圖，如圖b所所示。示。 QCaua=Q/Cau0Caua=Q/Caa)電荷源 b)電壓源 壓電傳感器的等效電路壓電傳感器的等效電路 壓電傳感器的完整等效電路壓電傳

17、感器的完整等效電路 （a a） 電壓源電壓源; ; （b b） 電荷源電荷源 UaCaRaCcRiCiqRaCcRiCiCe(a)(b)壓電傳感器與測(cè)量?jī)x表聯(lián)接時(shí)，還必須考慮壓電傳感器與測(cè)量?jī)x表聯(lián)接時(shí)，還必須考慮電纜電容電纜電容CC，前置放大器的前置放大器的輸入電阻輸入電阻Ri和和輸入電容輸入電容Ci以及傳感器的以及傳感器的絕絕緣電阻緣電阻Ra。壓電傳感器完整的等效電路可表示成圖所示。壓電傳感器完整的等效電路可表示成圖所示。二、二、測(cè)量電路測(cè)量電路 壓電傳感器的內(nèi)阻抗很高，而輸出的信號(hào)微壓電傳感器的內(nèi)阻抗很高，而輸出的信號(hào)微弱，因此一般不能直接顯示和記錄。弱，因此一般不能直接顯示和記錄。 壓電

18、傳感器要求測(cè)量電路的前級(jí)輸入端要有壓電傳感器要求測(cè)量電路的前級(jí)輸入端要有足夠高的阻抗足夠高的阻抗，這樣才能防止電荷迅速泄漏而使，這樣才能防止電荷迅速泄漏而使測(cè)量誤差變大。壓電傳感器的測(cè)量誤差變大。壓電傳感器的前置放大器前置放大器有兩個(gè)有兩個(gè)用處：用處： 一是把傳感器的一是把傳感器的高阻抗輸出高阻抗輸出變換為變換為低阻抗輸?shù)妥杩馆敵龀觯?二是把傳感器的二是把傳感器的微弱信號(hào)進(jìn)行放大微弱信號(hào)進(jìn)行放大。 （一）（一） 電壓放大器電壓放大器 a) b)壓電傳感器接電壓放大器的等效電路壓電傳感器接電壓放大器的等效電路 壓電傳感器接電壓放大器的等效電路如圖壓電傳感器接電壓放大器的等效電路如圖a所示。圖所示

19、。圖b是簡(jiǎn)化后的等效電路，其中，是簡(jiǎn)化后的等效電路，其中，Ui為放大器輸入電壓；為放大器輸入電壓；C = CC+Ci； ；Us=Q/Cs。isisRRRRR 如果壓電傳感器受力為如果壓電傳感器受力為F = Fmsint 則在壓電元件上產(chǎn)則在壓電元件上產(chǎn)生的電壓為生的電壓為 tUtCFdUmsms sinsin 式中式中 Um 壓電元件輸出電壓幅值壓電元件輸出電壓幅值UmdFm/Cs d 壓電系數(shù)。壓電系數(shù)。 而在放大器輸入端形成的電壓為而在放大器輸入端形成的電壓為 siURRRU212 sCjR 11 RCjRCjR 112整理得整理得tCCCRjRjdFUicsmi sin)(1 Ui的幅值

20、的幅值Uim為為 222)(1icsmimCCCRRFdU RCCCics)(arctan2 輸入電壓與作用力之間的相位差為輸入電壓與作用力之間的相位差為 tCCCRjRjdFUicsmi sin)(1 當(dāng)作用于壓電元件的力為當(dāng)作用于壓電元件的力為靜態(tài)力靜態(tài)力（=0）時(shí)，）時(shí)， 前置前置放大器的放大器的輸出電壓等于零輸出電壓等于零， 因?yàn)殡姾蓵?huì)通過(guò)放大器因?yàn)殡姾蓵?huì)通過(guò)放大器輸入電阻和傳感器本身漏電阻漏掉，輸入電阻和傳感器本身漏電阻漏掉， 所以所以壓電傳感壓電傳感器不能用于靜態(tài)力的測(cè)量器不能用于靜態(tài)力的測(cè)量。 tCCCRjRjdFUicsmi sin)(1 FCCCdUaciim 當(dāng)當(dāng) 11時(shí)，

21、放大器的輸入電壓為時(shí)，放大器的輸入電壓為)(icaCCCR由上式可以看出放大器輸入電壓幅度與由上式可以看出放大器輸入電壓幅度與被測(cè)頻率無(wú)關(guān)被測(cè)頻率無(wú)關(guān)，當(dāng)，當(dāng)改變連接傳感器與前置放大器的改變連接傳感器與前置放大器的電纜長(zhǎng)度電纜長(zhǎng)度時(shí)，時(shí)，Cc將改變將改變，從而引起放大器的從而引起放大器的輸出電壓也發(fā)生變化輸出電壓也發(fā)生變化。在設(shè)計(jì)時(shí)，通常。在設(shè)計(jì)時(shí)，通常把電纜長(zhǎng)度定為一常數(shù)，使用時(shí)如要把電纜長(zhǎng)度定為一常數(shù)，使用時(shí)如要改變電纜長(zhǎng)度改變電纜長(zhǎng)度，則必，則必須須重新校正電壓靈敏度值重新校正電壓靈敏度值。電壓靈敏度電壓靈敏度aciimuCCCdFUK 電荷放大器是一個(gè)具有深度負(fù)反饋的高增益放大器。根據(jù)

22、理想運(yùn)電荷放大器是一個(gè)具有深度負(fù)反饋的高增益放大器。根據(jù)理想運(yùn)放的特征：放的特征：（二）（二） 電荷放大器電荷放大器iffURACjA 1)1()1( iffURCjA )1()1( )1()(1/0ffiiffifsRCjAUUCjRUUII Cf、Rf等效到輸入端等效到輸入端時(shí)，電容時(shí)，電容Cf將增大將增大( (1A) )倍。電導(dǎo)倍。電導(dǎo)1Rf也也增大了增大了( (1A) )倍。倍。ARRRRfis 1/將反饋電容和反饋電阻等效到輸入端后，等效電路如圖：將反饋電容和反饋電阻等效到輸入端后，等效電路如圖：其中其中ficsCACCCC)1( RCjRQjUsi 1則電壓則電壓simQCRRU2221 電壓幅值電壓幅值ficssimCACCCQU)1( 當(dāng)當(dāng)RC1時(shí)，時(shí)，并并并并RRCjUUssi 1RCjRRCjRCjR111 并并CRjRQjRCjRCjRQjRCjRCjRCQRCjRCjRUUssssssssi 1111如果前置放大器的開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)如果前置放大器的開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)A足夠大，則足夠大，則icsfCCCCA )1(fsfsimomCQCAQAAUU )1(那么，經(jīng)電荷放大器放大后的輸出電壓的幅值近似為那么，經(jīng)電荷放大器放大后的輸出電壓的幅值近似為fsimCAQU)1( 由式中可知，電荷放大器的輸出電壓僅與由式中可知，電荷放大器