आवेश प्रवर्धक

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

पीज़ोइलेक्ट्रिक सेंसर के साथ चार्ज एम्पलीफायर का योजनाबद्ध

एम्पलीफायर एक फीडबैक संदर्भ संधारित्र का उपयोग करके इनपुट करंट को ऑफसेट करता है, और एक आउटपुट वोल्टेज उत्पन्न करता है जो संदर्भ संधारित्र के मूल्य के विपरीत आनुपातिक होता है लेकिन निर्दिष्ट समय अवधि के दौरान बहने वाले कुल इनपुट चार्ज के आनुपातिक होता है।

इसलिए सर्किट 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 1950 में वाल्टर किस्टलर द्वारा किया गया था।

डिज़ाइन

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

इनवर्टिंग नोड में इनपुट चार्ज सिग्नल q प्रवाहित होता है_inऔर फीडबैक शुल्क q_fआउटपुट से. किरचॉफ के सर्किट कानूनों के अनुसार वे एक दूसरे को मुआवजा देते हैं।

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

इनपुट चार्ज और आउटपुट वोल्टेज उल्टे चिन्ह के समानुपाती होते 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 की इनपुट प्रतिबाधा लगभग शून्य है। इसलिए सभी आवारा कैपेसिटेंस (केबल कैपेसिटेंस, एम्पलीफायर इनपुट कैपेसिटेंस इत्यादि) वस्तुतः ग्राउंडेड हैं और आउटपुट सिग्नल पर उनका कोई प्रभाव नहीं पड़ता है। फीडबैक अवरोधक आर_fसंधारित्र को डिस्चार्ज करता है। बिना आर_fडीसी लाभ बहुत अधिक होगा ताकि परिचालन एम्पलीफायर का छोटा डीसी इनपुट ऑफसेट करंट भी आउटपुट पर अत्यधिक प्रवर्धित दिखाई दे। आर_fऔर सी_fचार्ज एम्पलीफायर की निचली आवृत्ति सीमा निर्धारित करें।

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

वर्णित डीसी प्रभावों और व्यावहारिक चार्ज एम्पलीफायरों में परिमित अलगाव प्रतिरोधों के कारण सर्किट स्थैतिक चार्ज के माप के लिए उपयुक्त नहीं है। हालाँकि, उच्च गुणवत्ता वाले चार्ज एम्पलीफायर 0.1 हर्ट्ज से कम आवृत्तियों पर अर्धस्थैतिक माप की अनुमति देते हैं। कुछ निर्माता R के स्थान पर रीसेट स्विच का भी उपयोग करते हैं_fसी को मैन्युअल रूप से डिस्चार्ज करना_fमाप से पहले.

पीज़ोइलेक्ट्रिक सेंसर के लिए चार्ज एम्पलीफायर

व्यावहारिक 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 (FemtoCoulomb = 10) जितना कम हो सकता है⁻¹⁵सी). सामान्य समाक्षीय सेंसर केबल का परजीवी प्रभाव केबल के मुड़ने पर 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। ऐसे प्रभावों को कम करने के लिए आंतरिक अलगाव की प्रवाहकीय कोटिंग के साथ विशेष कम शोर वाले केबल विकसित किए गए हैं।

अनुप्रयोग

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

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

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

चार्ज एम्पलीफायरों के लाभों में शामिल हैं:

• कुछ स्थितियों में अर्धस्थैतिक माप को सक्षम बनाता है, जैसे कि पीजो पर कई मिनटों तक लगातार दबाव
• चार्ज आउटपुट और बाहरी चार्ज एम्पलीफायरों वाले पीजोइलेक्ट्रिक ट्रांसड्यूसर का उपयोग आंतरिक इलेक्ट्रॉनिक्स वाले ट्रांसड्यूसर की तुलना में उच्च तापमान पर किया जा सकता है* वोल्टेज एम्पलीफायरों के विपरीत, लाभ केवल फीडबैक कैपेसिटर पर निर्भर होता है, जो एम्पलीफायर के इनपुट कैपेसिटेंस और केबल के समानांतर कैपेसिटेंस से काफी प्रभावित होता है।

यह भी देखें

• मिलर प्रमेय#शून्य
• चार्ज ट्रांसफर एम्पलीफायर

बाहरी संबंध

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