Электрометрический усилитель

January 16, 2012 by admin Комментировать »

При обнаружении ядерных частиц часто бывает нужна схема, являющаяся зарядо-чувствительным усилителем (преобразователем заряда в напряжение), у которой выходное напряжение пропорционально количеству заряда, поступившего на вход. В таком случае очень полезен интегратор на основе ОУ: входной резистор убирается, и входная клемма напрямую соединяется с инвертирующим входом (рис. 11.19).

Вследствие большого входного сопротивления ОУ ток, текущий в инвертирующий вход, пренебрежимо мал, так что входной ток /, являющийся

Рис. 11.19. .

Следовательно, выходное напряжение пропорционально заряду, который притек на вход. Добавление схемы сброса, например такой, как схема на полевом транзисторе на рис. 11.17, позволяет суммировать заряд на протяжении определенного интервала времени. Другой вариант состоит во включении резистора R параллельно с конденсатором С, чтобы обеспечить условия для разряда. В этом случае поступление на вход заряда q приведет к появлению на выходе импульса с амплитудой в пике q/C, и это напряжение затем будет спадать с постоянной времени R С. Следует позаботиться о том, чтобы постоянная времени была выбрана малой по сравнению с интервалом между импульсами, потому что в противном случае конденсатор С не будет успевать разряжаться в достаточной степени к моменту прихода очередного импульса, и импульсы будут накладываться один на другой. Это может завести усилитель в режим ограничения, и импульсы будут теряться.

Может показаться не очевидным, зачем вообще нужен ОУ в преобразователе заряда в напряжение; в конце концов, простой конденсатор, у которого одна из пластин заземлена, будет вполне хорошо работать и на нем будет возникать напряжение V = q/C. Достоинство электрометрического усилителя, приведенного на рис. 11.19, состоит в том, что входной сигнал поступает непосредственно в точку мнимой земли. Входная цепь неминуемо содержит паразитную емкость, которая не постоянна: она меняется при изменении длины кабеля и даже при изменении внутренней емкости детектора частиц. Эта емкость добавлялась бы к «известной» емкости конденсатора, преобразующего заряд в напряжение, и могла бы вызвать ошибки. А в случае преобразователя заряда в напряжение с мнимой землей паразитная емкость поглощается малым входным сопротивлением мнимой земли. (Как и в случае других интеграторов на основе ОУ, фактическая емкость, которую «видит» источник сигнала при подаче сигнала непосредственно в точку мнимой земли, равна емкости С, умноженной на коэффициент усиления усилителя без обратной связи.) Другое достоинство схемы с мнимой землей заключается в том, что сам источник сигнала, действующий на входе, «не видит» импульс выходного напряжения, так как этот последний появляется по другую сторону мнимой земли. Если бы, например, к выходу твердотельного детектора частиц был непосредственно подключен конденсатор, то разность потенциалов на нем могла повлиять на напряжение смещения детектора и нарушить его линейность.

следствием натекания заряда q, течет только в конденсатор С. Таким образом, заряд q переносится на конденсатор С.

Но Е — мнимая земля, так что разность потенциалов на конденсаторе С равна vbmx. Поэтому при наличии заряда q на конденсаторе С имеем:

Хотя в схеме электрометрического усилителя на рис. 11.19 применен ОУ 741, в других приложениях может потребоваться большое входное сопротивление, которое обеспечивается полевыми транзисторами на входах, как, например, у ИС TL071.

Литература: М.Х.Джонс, Электроника — практический курс Москва: Техносфера, 2006. – 512с. ISBN 5-94836-086-5

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты