發布日期：2022-10-09 點擊率：125
本實用新型涉及放大器技術領域，具體涉及一種MEMS壓電傳感器前置放大器。
背景技術：
目前MEMS壓電傳感器是一種新技術產品，MEMS壓電傳感器輸出阻抗很大，輸出信號微弱，需要進行阻抗匹配并放大后才能被提取和采集。目前一般的傳感器的前置運算放大器采用運算放大器進行放大，運算放大器是用于壓電傳感器的后端，到壓電傳感器收到變化的壓力時，會產生與壓力同頻率的電荷在壓電傳感器的兩個電極之間變化，變化的電荷需要通過一個負載（負載就是這個運算放大器）來接收，接收的電荷信號通過阻抗器件轉換為電壓，同時負載的阻抗和傳感器的阻抗不能失配，如果傳感器阻抗比負載高很多，那么傳感器產生的電荷就無法有效傳輸到負載上，從而無法做到低頻信號和寬帶放大，導致低頻響應能力和寬帶響應能力不足。
技術實現要素：
本實用新型要解決的技術問題是提供一種MEMS壓電傳感器前置放大器，其能有效地提高MEMS壓電傳感器的低頻響應能力和寬帶響應能力。
本實用新型所要解決的上述技術問題通過以下技術方案予以實現：
一種MEMS壓電傳感器前置放大器，其包括運算放大器，所述運算放大器電連接于壓電傳感器的后端，所述的運算放大器與壓電傳感器之間設置有阻抗匹配網絡電路，所述的阻抗匹配網絡電路由多個電阻和電容組成。
優選地，所述的阻抗匹配網絡電路包括電阻R1、R2、R3、R4、R5和電容C1、C2、C3、C4；所述電容C1連接于連接端的正極和運算放大器的引腳3之間，所述電阻R3和電容C4分別并聯于連接端的正負極兩端，所述的電阻R2一端連接連接端的負極，所述電阻R2的另一端接地，所述電阻R1一端連接于電源，所述的電阻R1的另一端連接于連接端的負極，所述的電阻R4的一端連接連接端的負極，所述的電阻R4的另一端分別連接有電阻R6與電容C2的并聯電路和電阻R5與電容C3的并聯電路，所述電阻R6與電容C2的并聯電路的另一端連接于運算放大器的引腳2，所述的電阻R5和電容C3的并聯電路的另一端連接于輸出端，所述的運算放大器的引腳4接地，所述的運算放大器的引腳7連接于電源。
有益效果：采用本實用新型所述的結構后,由于運算放大器與壓電傳感器之間設置有阻抗匹配網絡電路，基于運算放大器比例放大為基礎，輸入端能進行阻抗匹配，把傳感器的阻抗輸出降低到可以和運算放大器相匹配，從而保證傳感器絕大多數信號能輸出到運算放大器，有效地提高MEMS壓電傳感器的低頻響應能力和寬帶響應能力。
附圖說明
圖1 為本實用新型所述的MEMS壓電傳感器前置放大器的電路原理圖。
具體實施方式
下面結合附圖和具體實施例對本實用新型作進一步詳細的說明，但實施例對本發明不做任何形式的限定。
實施例1
如圖1所示的MEMS壓電傳感器前置放大器，其包括運算放大器，所述運算放大器電連接于壓電傳感器的后端，所述的運算放大器與壓電傳感器之間設置有阻抗匹配網絡電路，所述的阻抗匹配網絡電路由多個電阻和電容組成。所述的阻抗匹配網絡電路包括電阻R1、R2、R3、R4、R5和電容C1、C2、C3、C4；所述電容C1連接于連接端的正極和運算放大器的引腳3之間，所述電阻R3和電容C4分別并聯于連接端的正負極兩端，所述的電阻R2一端連接連接端的負極，所述電阻R2的另一端接地，所述電阻R1一端連接于電源，所述的電阻R1的另一端連接于連接端的負極，所述的電阻R4的一端連接連接端的負極，所述的電阻R4的另一端分別連接有電阻R6與電容C2的并聯電路和電阻R5與電容C3的并聯電路，所述電阻R6與電容C2的并聯電路的另一端連接于運算放大器的引腳2，所述的電阻R5和電容C3的并聯電路的另一端連接于輸出端，所述的運算放大器的引腳4接地，所述的運算放大器的引腳7連接于電源。
本實例中，運算放大器的放大輸出電壓為：
運算放大器的最低工作頻率為：
運算放大器的最高工作頻率為：
其中： 為MEMS壓電傳感器產生的電荷量，為MEMS壓電傳感器內部電容值，為MEMS壓電傳感器的內阻值。
以上所述，僅為本實用新型較佳的具體實施方式，但本實用新型的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本實用新型揭露的技術范圍內，根據本實用新型的技術方案及實用新型構思加以等同替換或改變，都應涵蓋在本實用新型的保護范圍之內。
小弟在做一個壓電傳感器，在設計信號放大電路是遇到了一個問題：
實驗（1）電荷轉換電路—OP07構成的反相放大電路，無信號輸出；
實驗（2）電荷轉換電路—功率放大電路—OP07構成的反相放大電路，信號輸出正常。
問題1：為何電荷轉換電路后面直接接OP07構成的放大電路沒有信號輸出，而中間加一個功放電路有信號輸出呢？
功放電路
OP07構成的反相放大電路
之后我仔細看了一下功放電路和反相放大電路，發現功放電路在輸入端比反相放大電路多了一個電容，我就在反相放大電路輸入前面加了一個47微法的電容，居然有信號了！而且所加電容大于10微法后輸出信號不變，但是小于10微法的話輸出信號就會變小。
實驗（3）電荷轉換電路—電容+OP07構成的反相放大電路，信號輸出正常。
加電容后的反相放大電路
那么問題來了，問題2：為何加了電容就有信號了？
你是不是前面os太大了。后面運放飽和了。隔直電容把dc去掉了。
兄弟，我對壓電放大器的制作很敢興趣，能不能，自己目前在學習制作但是缺乏指導。能否把你的DIY電路高價賣給我作為學習電路。謝謝qq手機嚴工
是不是你用了單電源？運放通常最好是接雙電源吧 猜測來自與你加了電容之后有信號
初步感覺不是隔直的原因，可能是壓電信號輸出太弱，經過電容的倍壓效果提高了運放的相對輸入電壓的原因
題主，看你的文字和電路，你那個電路不是電荷放大器電路，就是一個普通的運放電路。
想要對壓電傳感器輸出的信號進行放大，得先搞清楚其類型。如果是電荷型輸出，則需要設計電荷放大器，其重點是看上下截止頻率，器件選擇要考慮運放的靜態電流要極小，同時單電源雙電源也需要格外注意。
這還只是第一級電路，如果是完整的模擬前端，還要設計濾波電路，二次放大電路。
單板設計中要關注電源噪聲與其他干擾問題。
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壓電傳感器的電壓放大器介紹
更新時間：2015.01.15 瀏覽次數：
壓電傳感器的電壓放大器本身的內阻抗很高，而輸出能量輕音樂上。電壓放大器的功能就是轉換高內阻抗成低阻抗輸出，并放大微弱電壓輸出信號。壓電式傳感器與電壓放大器連接的簡化電路是設作用在壓電元件上的力為觸點頻率W，幅值F的交變力，則得到傳感器前置放大器的實際輸入 電壓與理想輸入 電壓幅值之比和相觸點頻率的關系曲線。
接近開關傳感器不能測量靜態力，而傳感器的高頻響應非常好，這也是它的突出優點。電壓放大器的電路簡單、元件少、價格便宜、工作可靠，但測量電路電纜不能過長，否則會降低傳感器的電壓靈敏度，而且不能隨意更換出廠規定的電纜，一旦更換需要重新校正靈敏度，否則會引起測量誤差。
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原標題：如何設計壓電傳感器的電荷放大器
。電荷放大器使用基本積分器拓撲 - 即，反饋路徑中的電容器產生與輸入電流的積分成比例的輸出電壓，并且反饋路徑中的電阻器防止放大器飽和。
單電源系統
輸出電壓將高于和低于連接到同相輸入端子的電壓。如果您的運算放大器有負電源軌，則可以將此端子接地; 如果您使用的是單電源系統，則通常需要提供偏置電壓。在上圖中，偏置電壓為V CC / 2。這是一個合理的選擇，因為當沒有輸入信號時，輸出將處于電源范圍的中間，因此可用于正和負信號擺幅的電壓最大化。
但是，V CC / 2絕不是每種設計的合適選擇。如果您知道輸出信號的正偏差大于負偏差，則可以選擇更接近地的偏置電壓。例如，我曾經設計過一個放大器電路，其中輸入信號是脈沖形正偏移，但放大器之前的AC耦合導致脈沖結束時的小的負偏移。如果我沒記錯的話，我使用了3.3 V電源電壓和0.5 V偏置電壓。0.5 V偏壓足以保持負偏移的特性，正偏移的動態范圍顯著高于使用V CC / 2 偏壓獲得的動態范圍。
輸入電阻
上面所示的電路可以受益于壓電傳感器和反相輸入端子之間的輸入電阻：
該電阻通過限制可能連接到反相輸入端子的任何電壓產生的電流量來保護運算放大器。我們當然不期待來自壓電傳感器的危險電壓; 相反，這里的擔憂是ESD襲擊等缺陷。如果您在良好的環境中操作并且在使用敏感組件時要小心自己接地，那么您可能不需要擔心破壞性電流。但傳感器通常用于危險電氣條件普遍存在的工業環境中，在這種情況下，包含保護電路是有意義的。
即使您不需要R IN作為保護組件，您仍應考慮將其包含在電路中。AAC的一位撰稿人向我解釋說，在傳感器和反相輸入端子之間連接的電阻可以防止與振幅峰值相關的問題，甚至是高頻振蕩。他建議在100Ω至1kΩ范圍內的某個電阻。
頻率響應
理想化的積分器 - 即在反饋路徑中僅具有電容器且沒有輸入電阻器的版本 - 在低頻，中頻和高頻下表現出相同的行為。但是，一旦我們開始添加電阻器，我們就必須考慮電路的頻率響應。
低頻衰減
反饋電阻R F使電路在低頻下表現得像高通濾波器。截止頻率計算如下：
F
HP
=1
2 π[R
F
C
F
FHP=12πRFCF
反饋電阻不會影響增益。因此，您可以根據系統所需的增益選擇C F值，然后確定產生適當頻率響應的R F值。這里的折衷是低頻增益與電阻器對電容器放電的能力，并為反相輸入端子提供直流偏置電流路徑。您可以從等式中看出，R F的較低電阻會產生較高的截止頻率，這意味著較低頻率的傳感器信號將被衰減。這就是為R F選擇的值通常非常大的原因 - 1MΩ可能是一個很好的起點，根據所需的低頻性能，向下調整到100kΩ或向上調整到10MΩ。
高頻衰減
在上一篇文章中，我指出壓電傳感器信號的電荷放大在許多情況下優于電壓模式放大，因為電荷放大器的增益不受電纜電容的影響。當我們包括電阻器R IN時，這種情況會有所改變。頻率范圍中間的增益保持與電纜電容無關，但與反相輸入端子串聯的電阻與電纜電容相結合，從而產生高頻滾降。因此，我們現在有一個高通響應（由R F引起）和一個低通響應（由R IN引起）。
下面的等式給出了低通截止頻率; 請注意，C P包括壓電傳感器的內部電容，電纜電容以及與傳感器并聯的任何其他電容。
F
L P.
=1
2 π[R
C
P
FLP=12πRINCP
在大多數情況下，這種高頻滾降不會對電路產生負面影響，因為截止頻率將遠高于壓電傳感器測量的物理變化的頻率范圍。但是，最好注意這種效果，如果由于某種原因你有非常大的輸入電阻或并聯電容，它可能會很重要。
了解電荷放大器頻率響應
如果您試圖模擬電荷放大器電路的頻率響應，您可能會對結果感到困惑。例如，我為C F=100 nF，R F=1MΩ，R IN=100Ω，C P=1 nF 的電路生成以下波特圖。
該圖顯示低頻時無衰減，1 Hz左右為極點，1 MHz左右為第二極點。考慮到模擬中使用的元件值，這兩個頻率是有意義的，但總體行為與上述頻率響應不一致。為了理解這種情況，我們必須記住，電路的幅度響應與作為積分器的電路功能的增益響應不同。理想積分器的頻率響應對應于具有-20dB / decade的均勻斜率的線。因此，積分發生在電路的波特圖具有-20 dB /十倍的斜率的頻率處，并且當斜率偏離該值時，電路的積分器增益減小。返回搜狐，查看更多
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