高頻響電荷放大級的研究碩士學位論文(已修改)

　

【正文】 圖書分類號 TP212 密級 非密 UDC 620 碩 士 學 位 論 文高頻響電荷放大級的研究指導教師（姓名、職稱） 申請學位級別 工學碩士 專業名稱 測試計量技術及儀器 論文提交日期 2022 年 4 月 28 日論文答辯日期 2022 年 6 月 6 日學位授予日期 2022 年 7 月 1 日論文評閱人 答辯委員會主席 2022 年 6 月 1 日 原 創 性 聲 明本人鄭重聲明：所呈交的學位論文，是本人在指導教師的指導下，獨立進行研究所取得的成果。除文中已經注明引用的內容外，本論文不包含其他個人或集體已經發表或撰寫過的科研成果。對本文的研究作出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標明。本聲明的法律責任由本人承擔。論文作者簽名： 日期： 關于學位論文使用權的說明本人完全了解中北大學有關保管、使用學位論文的規定，其中包括：①學校有權保管、并向有關部門送交學位論文的原件與復印件；②學?？梢圆捎糜坝　⒖s印或其它復制手段復制并保存學位論文；③學校可允許學位論文被查閱或借閱；④學校可以學術交流為目的，復制贈送和交換學位論文；⑤學校可以公布學位論文的全部或部分內容（保密學位論文在解密后遵守此規定） 。簽 名： 日期： 導師 簽名： 日期： 中北大學學位論文高頻響電荷放大級的研究摘 要壓電傳感器可以將需要測量的非電量轉換為易于被后續電路測量的電信號，并具有體積小、可靠性高、靈敏度高等優異性能，因而它在動態測試中有著廣泛的應用。而電荷放大器就是壓電傳感器后續測量電路中必不可少的一環，電荷放大級是其核心部件，電荷放大級由于具有很高的內阻可較好地拾取由壓電傳感器產生的微弱電荷量，并輸出正比于該電荷量的電壓量。本文著重研究電荷放大級的高頻響應，具體有以下幾個方面：1）介紹壓電晶體的壓電效應、壓電傳感器的工作原理和靈敏系數，研究了壓電傳感器的等效電路，并對壓電傳感器的測量電路進行原理分析。2）詳細闡述電荷放大器的各個電路模塊設計，指出它們的功能與工作方式并分析了其中一些模塊的傳遞函數。3）對高頻響電荷放大級的原理進行詳細分析，得出運放開環增益對其高頻響應的重要影響，同時進行了運放的動態特性研究來支持這一觀點，并且比較了兩種不同運放芯片 OPA340 與 OPA301 組成的電荷放大級的不同高頻響應表現。4）從測試系統的工作頻帶角度分析了不同運放組成的電荷放大級的工作頻帶區別所在，并在數學軟件 Mathcad 下進行了仿真驗證。5）初步分析研究了電荷放大級的低頻響應。6）通過以上理論分析與仿真，設計制作了電荷放大級的實際電路，并得到了一系列的相應的實測數據，對實測數據與理論分析進行了對比分析與討論。關鍵字：壓電傳感器，電荷放大級，高頻響應，Mathcad中北大學學位論文Highfrequency response of the charge amplifier stagesAbstractThe piezoelectric sensor can be measured nonelectricity conversion for easy followup circuit to measure electrical signals, and has a small size, high reliability, high sensitivity, excellent performance, and thus it is more widely used in the dynamic test. The charge amplifier is essential in the followup measurement circuit of piezoelectric sensor, charge amplifier stage is the core ponent of the charge amplifier stage due to high internal resistance can be better to pick up the weak amount of charge generated by the piezoelectric sensor , and the output voltage is proportional to the amount of the charge amount. This paper focuses on the highfrequency response of the charge amplifier stage, specifically in the following areas: 1) Introduction of the piezoelectric crystal piezoelectric effect, the working principle of the piezoelectric sensor and the sensitivity coefficient, the equivalent circuit of the piezoelectric sensor and piezoelectric sensor measurement circuit theory analysis. 2) Details of the charge amplifier circuit module design, and pointed out their functions and working methods and analysis of the respective transfer function. 3) A detailed analysis of the principle of the high frequency response of the charge amplifier stage obtained transported to release the loop gain of the highfrequency response, so the dynamic characteristics of the op amp to support this view, and pare the two different opamp chip OPA340 and OPA301 charge amplifier stage highfrequency response performance. 4) Band angle from the test system analyzes the different opamp charge amplifier stage operating frequency the difference between the simulation and mathematical software Mathcad. 5) Preliminary analysis of the low frequency response of the charge amplifier stage. 6) Design the actual circuit of the charge amplifier stage and a series of measured data, a parative analysis and discussion on the measured data and theoretical analysis by the中北大學學位論文above theoretical analysis and simulation。Keywords: piezoelectric sensor, charge amplifier stage, highfrequency response, Mathcad中北大學學位論文I目 錄1 緒論 本文論題的提出、目的及理論意義 ......................................1 國內外研究現狀及發展趨勢 ............................................3 本文研究重點 ........................................................42 壓電傳感器原理分析及電荷放大器的電路模塊設計 壓電傳感器原理分析 ..................................................6 引言 ............................................................................................................................6 晶體的壓電效應 ........................................................................................................6 壓電傳感器的工作原理 ............................................................................................9 壓電傳感器的結構 ..................................................................................................10 壓電傳感器的等效電路 ..........................................................................................12 壓電傳感器測量電路原理分析 .........................................13 電壓放大器 ..............................................................................................................14 電荷放大器的各個電路模塊設計 .......................................15 電荷放大級 ..............................................................................................................16 歸一化級電路設計 ..................................................................................................19 有源濾波電路模塊設計 ..........................................................................................22 輸出放大電路 ..........................................................................................................27 過載指示電路 ..........................................................................................................273 高頻響電荷放大級的關鍵技術研究 引言 ...............................................................30 高頻響電荷放大級的原理詳細分析 .....................................30 運算放大器的動態特性研究 ...........................................32 OPA340 芯片的仿真分析與仿真曲線 ....................................................................34 OPA301 芯片的仿真分析與仿真曲線 ...............................................