【正文】 圖書分類號(hào) TP212 密級(jí) 非密 UDC 620 碩 士 學(xué) 位 論 文 高頻響電荷放大級(jí)的研究 指導(dǎo)教師（姓名、職稱） 申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別 工學(xué)碩士 專業(yè)名稱 測(cè)試計(jì)量技術(shù)及儀器 論文提交日期 2020 年 4 月 28 日 論文答辯日期 2020 年 6 月 6 日 學(xué)位授予日期 2020 年 7 月 1 日 論文評(píng)閱人 答辯委員會(huì)主席 2020 年 6 月 1 日 原 創(chuàng) 性 聲 明 本人鄭重聲明：所呈交的學(xué)位論文，是本人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文不包含其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的科研成果。對(duì)本文的研究作出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本聲明的法律責(zé)任由本人承擔(dān)。 論文作者簽名： 日期： 關(guān)于學(xué)位論文使用權(quán)的說明 本人完全了解中北大學(xué)有關(guān)保管、使用學(xué)位論文的規(guī)定，其中包括 ：① 學(xué)校有權(quán)保管、并向有關(guān)部門送交學(xué)位論文的原件與復(fù)印件； ② 學(xué)?？梢圆捎糜坝?、縮印或其它復(fù)制手段復(fù)制并保存學(xué)位論文； ③ 學(xué)?？稍试S學(xué)位論文被查閱或借閱； ④ 學(xué)?？梢詫W(xué)術(shù)交流為目的，復(fù)制贈(zèng)送和交換學(xué)位論文； ⑤ 學(xué)?？梢怨紝W(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容（保密學(xué)位論文在解密后遵守此規(guī)定）。 簽 名： 日期： 導(dǎo)師 簽名： 日期： 中北大學(xué)學(xué)位論文 高頻 響電荷放大級(jí)的研究 摘 要 壓 電傳感器 可以將需要測(cè)量的非電量轉(zhuǎn)換為易于被后續(xù)電路測(cè)量的電信號(hào)，并具有體積小、可靠性高、靈敏度高等優(yōu)異性能，因而 它 在 動(dòng)態(tài)測(cè)試 中 有著廣泛的應(yīng)用 。而 電荷放大器 就是 壓電傳感器后續(xù)測(cè)量電路中 必不可少 的一環(huán)， 電荷放大級(jí)是 其核心部件 ，電荷放大級(jí)由于 具有很高的內(nèi)阻 可 較好地拾取 由壓電傳感器產(chǎn)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(jí)的高頻響應(yīng)，具體有以下幾個(gè)方面： 1）介紹壓電晶體的壓電效應(yīng) 、 壓電傳感器 的工作原理 和 靈敏系數(shù)，研究了壓電傳感器的等效電路 ，并對(duì)壓電傳感器的 測(cè)量電路 進(jìn)行 原理分析 。 2） 詳 細(xì)闡述電荷放大器的各個(gè)電路模塊設(shè)計(jì)，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(shù) 。 3）對(duì)高頻響電荷放大級(jí)的原理進(jìn)行詳細(xì)分析，得出運(yùn)放開環(huán)增益 對(duì)其高頻響應(yīng)的重要影響， 同時(shí) 進(jìn)行了運(yùn)放的動(dòng)態(tài)特性研究來支持這一觀點(diǎn) ，并且比較 了 兩種不同運(yùn)放芯片 OPA340 與 OPA301 組成的電荷放大級(jí)的不同高頻響應(yīng)表現(xiàn)。 4） 從測(cè)試系統(tǒng)的工作頻帶角度分析了不同運(yùn)放組成的電荷放大級(jí)的工作頻帶區(qū)別所在，并在數(shù)學(xué)軟件 Mathcad 下進(jìn)行了仿真驗(yàn)證。 5）初步分析 研究 了電荷放大級(jí)的低頻響應(yīng)。 6） 通過以上理論分析與仿真， 設(shè)計(jì)制作 了電荷放大級(jí)的實(shí)際電路，并得到了一系列的 相應(yīng)的 實(shí)測(cè)數(shù)據(jù) ，對(duì)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與理論分析進(jìn)行了對(duì)比分析與討論。 關(guān)鍵字：壓電傳感器，電荷放大級(jí)，高頻響應(yīng) ， Mathcad中北大學(xué)學(xué)位論文 Highfrequency response of the charge amplifier stages Abstract The 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(xué)學(xué)位論文 above theoretical analysis and simulation。 Keywords: piezoelectric sensor, charge amplifier stage, highfrequency response, Mathcad 中北大學(xué)學(xué)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(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) ............................................ 3 本文研究重點(diǎn) ........................................................ 4 2 壓電傳感器原理分析及電荷放大器的電路模塊 設(shè)計(jì) 壓電傳 感器原理分析 .................................................. 6 引言 ........................................................................................................................... 6 晶體的壓電效應(yīng) ....................................................................................................... 6 壓電傳感器的工作原理 ........................................................................................... 9 壓電傳感器的結(jié)構(gòu) ................................................................................................. 10 壓電傳感器的等效電路 ......................................................................................... 12 壓電傳感器測(cè)量電路原理分析 ......................................... 13 電壓放大器 ............................................................................................................. 14 電荷放大器的各個(gè)電路模塊設(shè)計(jì) ....................................... 15 電荷放大級(jí) ............................................................................................................. 16 歸一化級(jí)電路設(shè)計(jì) ................................................................................................. 19 有源濾波電路模塊設(shè)計(jì) ......................................................................................... 22 輸出放大電路 ......................................................................................................... 27 過載指示電路 ......................................................................................................... 27 3 高頻響電荷放大級(jí)的關(guān)鍵技術(shù)研究 引言 ...................................................