电荷放大器和跨阻放大器实际应用中的区别

zhaoyanhao

电荷放大器和跨阻放大器实际应用中的区别 [复制链接]

理论我们都知道，运放可以构建出不同的运算放大电路，比如电荷放大器，运放反馈回路上是电容，跨阻放大器，反馈回路上是电阻，但是实际应用中，为了补偿也好，泄放电荷也好、滤波也好，提高环路稳定性也好，也会在电荷放大器反馈回路中加大电阻，也会在跨阻放大器反馈回路中加小电容，那这就在电路的实际形式上趋于一致。那么问题就来了，电路形式一致了，那电路的本质区别到底是什么呢？六年前去面试，跟对方说电荷放大器其实就是积分器，对方的眼都白到天上去了，不停的发出嘲讽的笑声，把我搞得怀疑人生，在名称上、本质上是有区别，完全不能结合着理解的吗？我一直认为，反馈回路中电阻与电容的配比比例与各自量级觉得了它到底是哪种放大器，不知老师们可否指教一二，解答我多年的疑惑，感谢指教和讨论！

zhaoyanhao

手动召唤老师@gmchen @maychang

gmchen

本帖最后由 gmchen 于 2024-7-16 13:29 编辑

楼主的说法是有道理的。

至少，电荷放大器与积分器在反馈电路形式上是一致的，那个嘲笑你的面试官，可能自己没做过电路。

至于电荷放大器与跨阻放大器，要看反馈回路中的主要元件是什么。

跨阻放大器是电阻反馈，为了稳定性可以在电阻上并联一个小电容，但是这个电容在工作频率上的容抗将远高于反馈电阻，所以主要的反馈元件是电阻。

电荷放大器的反馈元件是电容，电荷在这个电容上积分得到输出电压，即 $U=\frac{1}{C}\int dq$ （这就是它与积分器的相同之处：积分器的输出为 $U=\frac{1}{C}\int idt$ ），

但是为了泄放运放的输入端的偏置电流，有可能在电容上并联一个大电阻，这个电阻的阻值只要能够满足泄放偏置电流即可，若阻值小了就不满足积分要求了。

zhaoyanhao

gmchen 发表于 2024-7-16 12:44 楼主的说法是有道理的。至少，电荷放大器与积分器在反馈电路形式上是一致的，那个嘲笑你的面试官，可能 ...

感谢老师的解答，不好意思最近有点忙，没有及时回复您。

再跟您引申请教一下，我们知道电荷是电流的积分，很多探测器实际本质是一个电流源，但是很多匹配的前置放大器是电荷放大器，我就很疑惑，电荷放大器放的的真是电荷吗，还是电流信号。比如探测器输出一个脉冲，这个脉冲可能是一个横轴是时间纵轴是电流的函数，那么经过电荷放大器后应该是电流的积分，但我实际使用过输出还是一个脉冲，转化成了电压，那么t时刻输出电压对应的是电荷还是那个时刻电流呢，可能有点抽象不好表达，又有的探测器说是说出电荷信号，那电荷其实是电流一段时间的总量嘛，是积分的结果，怎么在t时刻对应呢，问题的本质可能是探测器是怎么输出电荷信号的，或者说怎么选择匹配的前置放大器，明明有的是电流源为什么不用跨阻放大而用电荷放大呢，工作很多年了，对这个问题还是懵懵懂懂

zhaoyanhao

本帖最后由 zhaoyanhao 于 2024-7-19 09:46 编辑

gmchen 发表于 2024-7-16 12:44 楼主的说法是有道理的。至少，电荷放大器与积分器在反馈电路形式上是一致的，那个嘲笑你的面试官，可能 ...

或者说是否可以这么理解，电荷放大本质是积分电路，那么输入电流的话，即使电流是一个脉冲，先升高再降低为0，电荷放大输出就一直是一个充电的斜坡，之所以也是脉冲，下降沿其实是RF放电的结果，不考虑下降沿的话，前半部分就是一个累积的过程，就像加速度和速度，电流输入是加速度，电荷放大输出是速度，哪怕加速度是一丝丝，速度也在增加，当加速度（电流）达到0时，速度（输出）也就达到了最大，想测量实际电流量的话，只需测量输出的最大值就可以了，至于输出因为Rf放电而产生的下降沿就不考虑了。

不知这样理解是否可以，但还是解决不了为什么不用跨阻，或者说或者什么时候用电荷放大，什么时候用跨阻放大

gmchen

电荷放大器检测的信号是以脉冲形式出现的，需要得到它在某段时间内积累后的平均值（后续可以用ADC采样），所以用电荷放大器。如果用跨阻放大器，得到的将是脉冲电压信号，无法进行后续处理。

zhaoyanhao

本帖最后由 zhaoyanhao 于 2024-7-19 17:15 编辑

gmchen 发表于 2024-7-19 12:06 电荷放大器检测的信号是以脉冲形式出现的，需要得到它在某段时间内积累后的平均值（后续可以用ADC采样）， ...

老师，既然说电荷放大器检测的信号是以脉冲形式出现的，那我换个提问方式，就是说如果我想通过电荷放大器的输出推算输入的总电荷量，是取脉冲的最大值就可，还是得把输出脉冲上的各个时间点的值加起来才能推算输入的总电荷量呢？电荷放大器因为有RF的存在，输出必然也是脉冲吧

maychang

zhaoyanhao 发表于 2024-7-19 15:40 老师，既然说电荷放大器检测的信号是以脉冲形式出现的，那我换个提问方式，就是说如果我想通过电荷放大器 ...

电荷放大器检测的信号是以脉冲形式出现的。脉冲到来之前，积分电容两端电压为零。脉冲到来后电路开始积分，输出电压开始上升。脉冲过后，电路停止积分，输出保持不变。你只要将此不变的输出电压测量出来，就可以推算出输入的电荷量。

zhaoyanhao

maychang 发表于 2024-7-19 16:29 电荷放大器检测的信号是以脉冲形式出现的。脉冲到来之前，积分电容两端电压为零。脉冲到来后电路开始积分 ...

“脉冲过后，电路停止积分，输出保持不变”老师，这样的话，就不是电荷放大器了吧，就是纯粹的积分器了，电荷放大器因为有RF的存在，输出必然也是脉冲吧。我做过您说的类似电路，一个个脉冲过来，积分器输出的是台阶信号，反馈回路增加可控开关使输出饱和时放电，但是实际工程中不可能没有漏电流，哪怕使用很小的积分电容，如果输入信号微弱，输入的抵不过泄露的，最终还是达不到理想的可采集的电压值，都漏掉了。