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과학

전하 증폭기

전하 증폭기과학
영문명
Charge amplifier
입력
전하 신호
출력
전압 신호
핵심 소자
연산 증폭기와 피드백 커패시터
전하 증폭기는 입력 전하를 전압 신호로 변환하는 회로 또는 측정 장치다. 압전 센서의 작은 전하 출력을 읽는 데 사용하며, 이상적인 반전 회로에서는 출력 전압 변화가 입력 전하에 비례한다.

이름과 실제 기능

전하 증폭기는 전하의 양을 단순히 더 큰 전하로 만든다는 뜻으로 이해하지 않는다. 측정하기 어려운 전하 신호를 전압으로 바꾸는 역할이 핵심이다. 출력 전압은 기록 장치나 후속 신호 처리 계통에서 이용한다.

피드백 용량과 감도

이상적인 반전 구성에서 전압 변화는 −Q/Cf로 나타낼 수 있다. Q는 입력 전하이고 Cf는 피드백 커패시터의 정전 용량이다. 같은 전하에 대해 Cf가 작을수록 출력 전압 변화의 크기는 커진다.

직접 계산하는 예

입력 전하 변화가 40 pC이고 피드백 용량이 200 pF라면 이상적인 출력 변화는 −0.2 V다. pC와 pF의 접두어가 상쇄되어 C/F가 V로 남는다. 실제 부호는 센서의 전하 방향과 회로 연결 정의까지 확인해 해석한다.

영점과 측정 시간

유한한 절연 저항과 입력 전류 등은 긴 측정에서 드리프트나 저주파 응답의 제약을 만들 수 있다. 리셋 기능을 가진 장비는 측정 사이에 피드백 커패시터를 방전해 기준을 다시 정한다. 감도 숫자만으로 모든 시간 범위의 신호를 정확하게 읽는다고 가정하지 않는다.

관련 문서

압전 힘 센서 / 로드셀 / 전하 / 전압 / 축전기 / 정전 용량 / 연산 증폭기