चार्ज एम्पलीफायर

एक चार्ज एम्पलीफायर एक इलेक्ट्रॉनिक विद्युत प्रवाह करनेवाला है जो इनपुट करंट के एकीकृत मूल्य या इंजेक्ट किए गए कुल चार्ज के आनुपातिक वोल्टेज आउटपुट का उत्पादन करता है।

पीजोइलेक्ट्रिक सेंसर के साथ चार्ज एम्पलीफायर का आरेख

एम्पलीफायर एक प्रतिक्रिया संदर्भ संधारित्र का उपयोग करके इनपुट करंट को ऑफसेट करता है, और संदर्भ कैपेसिटर के मूल्य के व्युत्क्रमानुपाती लेकिन निर्दिष्ट समय अवधि के दौरान बहने वाले कुल इनपुट चार्ज के आनुपातिक आउटपुट वोल्टेज का उत्पादन करता है।

सर्किट इसलिए चार्ज-टू-वोल्टेज कनवर्टर के रूप में कार्य करता है। सर्किट का लाभ फीडबैक कैपेसिटर के मूल्यों पर निर्भर करता है।

चार्ज एम्पलीफायर का आविष्कार वाल्टर किस्लर ने 1950 में किया था।

डिजाइन

चार्ज एम्पलीफायरों का निर्माण आमतौर पर एक नकारात्मक प्रतिक्रिया कैपेसिटर सी के साथ एक ऑपरेशनल एंप्लीफायर या अन्य उच्च लाभ अर्धचालक सर्किट का उपयोग करके किया जाता है_f.

इनवर्टिंग नोड में इनपुट चार्ज सिग्नल क्यू प्रवाहित होता है_inऔर फीडबैक चार्ज क्यू_fआउटपुट से। किरचॉफ के सर्किट कानूनों के अनुसार वे एक दूसरे को क्षतिपूर्ति करते हैं।

$q_{in}=-q_{f}$.

इनपुट चार्ज और आउटपुट वोल्टेज उल्टे साइन के साथ आनुपातिक हैं। फीडबैक कैपेसिटर सी_fप्रवर्धन सेट करता है।

$v_{out}={\frac {q_{f}}{C_{f}}}=-{\frac {q_{in}}{C_{f}}}$

मिलर प्रभाव के कारण सर्किट का इनपुट प्रतिबाधा लगभग शून्य है। इसलिए सभी आवारा समाई (केबल धारिता, एम्पलीफायर इनपुट धारिता, आदि) वस्तुतः आधार हैं और आउटपुट सिग्नल पर उनका कोई प्रभाव नहीं है। प्रतिक्रिया रोकनेवाला आर_fकैपेसिटर को डिस्चार्ज करता है। बिना आर_fडीसी लाभ बहुत अधिक होगा ताकि परिचालन एम्पलीफायर के छोटे डीसी इनपुट ऑफ़सेट करंट भी आउटपुट पर अत्यधिक प्रवर्धित दिखाई दें। आर_fऔर सी_fचार्ज एम्पलीफायर की निचली आवृत्ति सीमा निर्धारित करें।

$f_{l}={\frac {1}{2\pi R_{f}C_{f}}}$

व्यावहारिक चार्ज एम्पलीफायरों में वर्णित डीसी प्रभावों और परिमित अलगाव प्रतिरोधों के कारण सर्किट स्थिर शुल्कों के मापन के लिए उपयुक्त नहीं है। उच्च गुणवत्ता वाले चार्ज एम्पलीफायर, हालांकि, 0.1 हर्ट्ज से कम आवृत्तियों पर अर्धस्थैतिक माप की अनुमति देते हैं। कुछ निर्माता आर के बजाय रीसेट स्विच का भी उपयोग करते हैं_fमैन्युअल रूप से डिस्चार्ज करने के लिए C_fएक माप से पहले।

पीजोइलेक्ट्रिक सेंसर के लिए चार्ज एम्पलीफायर

प्रैक्टिकल चार्ज एम्पलीफायरों में आमतौर पर वोल्टेज एम्पलीफायरों, ट्रांसड्यूसर संवेदनशीलता समायोजन, उच्च और निम्न पास फिल्टर, इंटीग्रेटर्स और लेवल मॉनिटरिंग सर्किट जैसे अतिरिक्त चरण शामिल होते हैं।

चार्ज एम्पलीफायर के इनपुट पर चार्ज सिग्नल कुछ fC जितना कम हो सकता है (FemtoCoulomb = 10^-15सी)। केबल के मुड़े होने पर सामान्य समाक्षीय सेंसर केबल का एक परजीवी प्रभाव चार्ज शिफ्ट होता है। यहां तक ​​कि केबल की थोड़ी सी गति भी काफी चार्ज सिग्नल उत्पन्न कर सकती है जिसे सेंसर सिग्नल से अलग नहीं किया जा सकता है। इस तरह के प्रभावों को कम करने के लिए आंतरिक अलगाव के एक प्रवाहकीय कोटिंग के साथ विशेष कम शोर वाले केबल विकसित किए गए हैं।

अनुप्रयोग

सामान्य अनुप्रयोगों में पीजोइलेक्ट्रिक सेंसर और photodiode जैसे उपकरणों से संकेतों का प्रवर्धन शामिल है, जिसमें डिवाइस से चार्ज आउटपुट को वोल्टेज में परिवर्तित किया जाता है।

आयनीकरण विकिरण को मापने वाले उपकरणों में चार्ज एम्पलीफायरों का भी बड़े पैमाने पर उपयोग किया जाता है, जैसे आनुपातिक काउंटर या जगमगाहट काउंटर, जहां आयनीकरण घटना के कारण पता लगाए गए विकिरण के प्रत्येक स्पंद की ऊर्जा को मापा जाना चाहिए। डिटेक्टर से आवेश दालों को एकीकृत करने से इनपुट पल्स ऊर्जा का एक चरम वोल्टेज आउटपुट में अनुवाद होता है, जिसे बाद में प्रत्येक पल्स के लिए मापा जा सकता है। आम तौर पर यह भेदभाव सर्किट या मल्टीचैनल विश्लेषक में जाता है।

आगे के अनुप्रयोग चार्ज-युग्मित डिवाइस इमेजर्स और फ्लैट-पैनल एक्स-रे डिटेक्टर एरेज़ के रीडआउट सर्किटरी में हैं। एम्पलीफायर एक इन-पिक्सेल कैपेसिटर के भीतर संग्रहीत बहुत छोटे चार्ज को एक वोल्टेज स्तर में परिवर्तित करने में सक्षम होता है जिसे आसानी से संसाधित किया जा सकता है। कुछ गिटार पिकअप एम्पलीफायर भी चार्ज एम्पलीफायरों का उपयोग करते हैं।

चार्ज एम्पलीफायरों के लाभों में शामिल हैं:

• कुछ स्थितियों में क्वासिस्टैटिक माप को सक्षम करता है, जैसे कि कई मिनट तक चलने वाले पीजो पर लगातार दबाव
• चार्ज आउटपुट और बाहरी चार्ज एम्पलीफायरों के साथ पीजोइलेक्ट्रिक ट्रांसड्यूसर का उपयोग आंतरिक इलेक्ट्रॉनिक्स की तुलना में उच्च तापमान पर किया जा सकता है* लाभ केवल फीडबैक कैपेसिटर पर निर्भर है, वोल्टेज एम्पलीफायरों के विपरीत, जो एम्पलीफायर के इनपुट कैपेसिटेंस और केबल के समांतर कैपेसिटेंस से काफी प्रभावित होते हैं

यह भी देखें

• मिलर प्रमेय#शून्य
• चार्ज ट्रांसफर एम्पलीफायर

बाहरी संबंध

• Interface Circuits for Polyvinylidene fluoride film
• Schematic diagram
• Piezo signal conditioners tutorial