Un amplificador de carga es un integrador de corriente electrónico que produce una salida de voltaje proporcional al valor integrado de la corriente de entrada, o la carga total inyectada.
El amplificador compensa la corriente de entrada usando un capacitor de referencia de retroalimentación y produce un voltaje de salida inversamente proporcional al valor del capacitor de referencia pero proporcional a la carga de entrada total que fluye durante el período de tiempo especificado. Por lo tanto, el circuito actúa como un convertidor de carga a voltaje. La ganancia del circuito depende de los valores del capacitor de retroalimentación.
Diseño
Los amplificadores de carga generalmente se construyen utilizando un amplificador operacional u otro circuito semiconductor de alta ganancia con un capacitor de retroalimentación negativa . La corriente de entrada se compensa con una corriente de retroalimentación negativa que fluye en el condensador, que es generada por un aumento en el voltaje de salida del amplificador. Por lo tanto, la tensión de salida depende del valor de la corriente de entrada que tiene que compensar y de la inversa del valor del condensador de retroalimentación. Cuanto mayor sea el valor del condensador, menor voltaje de salida debe generarse para producir una corriente de retroalimentación particular.
La impedancia de entrada del circuito es casi cero debido al efecto Miller . Por lo tanto, todas las capacitancias parásitas (la capacitancia del cable, la capacitancia de entrada del amplificador, etc.) están virtualmente conectadas a tierra y no tienen influencia en la señal de salida. [1]
Circuito ideal
El circuito funciona pasando una corriente a través de un condensador C f . El opamp se esfuerza por retener la condición de tierra virtual en la entrada compensando el efecto de la corriente de entrada. Si se supone que el amplificador operacional es ideal , los nodos v 1 y v 2 se mantienen iguales, por lo que v 2 es un terreno virtual. El opamp genera un flujo de corriente de compensación a través del condensador en serie para mantener la tierra virtual. Esto carga o descarga el condensador con el tiempo. Debido a que el capacitor está conectado a una tierra virtual, la corriente de entrada no varía con la carga del capacitor y se logra una integración lineal de la salida. La relación entre carga eléctrica y corriente se rige por:
Por lo tanto, la ecuación de entrada-salida del amplificador de carga es:
Aplicaciones
Las aplicaciones comunes incluyen la amplificación de señales de dispositivos como sensores piezoeléctricos y fotodiodos , en los que la salida de carga del dispositivo se convierte en voltaje.
Los amplificadores de carga también se utilizan ampliamente en instrumentos que miden la radiación ionizante , como el contador proporcional o el contador de centelleo , donde se debe medir la energía de cada pulso de radiación detectada debido a un evento ionizante. La integración de los pulsos de carga del detector da una traducción de la energía del pulso de entrada a una salida de voltaje pico, que luego se puede medir para cada pulso. Normalmente, esto pasa luego a los circuitos de discriminación o un analizador multicanal .
Los amplificadores de carga también se utilizan en los circuitos de lectura de los generadores de imágenes CCD y las matrices de detectores de rayos X de panel plano . El amplificador puede convertir la carga muy pequeña almacenada dentro de un condensador en píxeles a un nivel de voltaje que se puede procesar fácilmente.
Las ventajas de los amplificadores de carga incluyen:
- Permite mediciones cuasiestáticas en determinadas situaciones, como presiones constantes en un piezo que duran varios minutos [2]
- El transductor de elemento piezoeléctrico se puede utilizar en entornos mucho más cálidos que aquellos con electrónica interna [2]
- La ganancia depende solo del capacitor de retroalimentación, a diferencia de los amplificadores de voltaje, que se ven muy afectados por la capacitancia de entrada del amplificador y la capacitancia en paralelo del cable [2] [3]
Otros usos
Ver también
Referencias
- ^ Transductores con salida de carga
- ^ a b c "Comparación del sistema de medición piezoeléctrico: modo de carga frente al modo de voltaje de baja impedancia (LIVM)" . Instrumentos Dytran . Archivado desde el original el 17 de diciembre de 2007 . Consultado el 26 de octubre de 2007 .
- ^ "Longitud máxima del cable para acelerómetros piezoeléctricos en modo de carga" . Endevco . Jan. Archivado desde el original el 17 de diciembre de 2007 . Consultado el 26 de octubre de 2007 . Verifique los valores de fecha en:
|date=
( ayuda )